Academic literature on the topic 'Ilot de chaleur et de fraîcheur'

Les recherches sur le climat urbain de Dijon Métropole ont révélé l’importance de l’îlot de chaleur urbain (ICU) dans les villes de taille moyenne (6°C) et les effets rafraîchissants des espaces verts (réduction de 1 à 4°C). Ces résultats mettent en évidence l’importance d’intégrer ces aspects dans la planification urbaine pour favoriser des environnements urbains plus frais. La classification Local Climate Zones (LCZ) permet de mieux comprendre et étudier le climat urbain à l’échelle locale. Elle permet de différencier les différentes structures et revêtements des zones urbaines et leur impact. De plus, l’analyse de l’imagerie satellite Pléiades a permis d’améliorer la représentation de la végétation et d’identifier les zones nécessitant la création d’îlots de fraîcheur urbains. Le pourcentage élevé de végétation privée par rapport à la superficie totale de la végétation urbaine souligne la nécessité d’un partenariat public-privé pour protéger les îlots de fraîcheur urbains existants. Le programme SAVE-IFU a permis une collaboration sur le climat urbain entre six agglomérations, dont Dijon Métropole.

Dans ce travail de recherche, nous nous intéresserons à la détermination des diagrammes de confort thermique et des degrés jours de refroidissement (DJR)dans les dix stations synoptiques du Burkina Faso. Il s’agit d’abord d’une acquisition de données météorologiques (température et d’humidité relative) des dix stations synoptiques et de procéder à la représentation des climats de chaque zone du Burkina dans le diagramme de confort thermique de type CARRIER en climat tropical. Ensuite, nous introduisons la notion des degrés jours pour déterminer la puissance thermique d’un bâtiment F3 (deux chambres-salon). On retient que pendant les périodes de fraîcheur et pluvieuse, la zone de confort (c) est presque atteinte. Mais en période de forte chaleur où les températures sont relativement élevées, il faut des moyens artificiels pour atteindre le confort. Les calculs montrent que les zones de Dori et Gaoua ont respectivement les plus grandes et les plus faibles degrés Jours de refroidissement pendant la période de forte chaleur. Les résultats montrent également que la station de Dori enregistre environ 52 kW/an contre 32 kW/an pour les zones de Gaoua et Bobo Dioulasso.

Cet article s’intéresse à l’observation de l’îlot de chaleur urbain (ICU) à Rennes de 2004 à 2019. L’existence d’un réseau d’observation urbain relativement ancien et dense permet de quantifier la fréquence et l’intensité de l’ICU en fonction de l’heure et de la saison : l’ICU moyen atteint ainsi 1,3°C mais il approche 3°C en moyenne la nuit en fin d’été et peut parfois dépasser 7°C. Les nuits de fort ICU, supérieur à 4°C, représentent plus de 17% des observations en moyenne mais jusqu’à près de 30% en septembre. En 2019 comme en 2011, un nombre record d’ICU de forte intensité a été relevé, résultant essentiellement d’une forte fréquence de situations radiatives (forte insolation, vent faible). La spatialisation de l’ICU montre que le gradient classique centre-ville / périphérie n’est pas symétrique entre le sud et le nord de l’agglomération : la présence de parcs et de vallées au nord génère, en effet, des îlots de fraîcheur dont l’intensité varie en fonction de leur taille.

Canicules et fortes chaleurs induisent un stress thermique potentiellement accru en milieu urbain. Nous examinons ici la combinaison de ces différents éléments à Dijon, à partir d’un réseau dense de stations avec des mesures horaires sur la période 2014-2021. Pour cela, nous mettons en œuvre une analyse (i) de la circulation atmosphérique synoptique et locale et (ii) des déterminants géophysiques (occupation du sol et topographie). Les cinq canicules détectées persistent 4 à 5 jours et sont associées à des situations de blocage atmosphérique de large échelle favorisant le développement d’inversions thermiques. Sur les 24 nuits étudiées : 60% sont caractérisées par un Îlot de Chaleur Urbain (ICU) excédant +3°C, une inversion thermique souvent supérieure à 0,5°C/100 m et un vent faible (<2 m/s); 30% par un ICU plafonnant à +2°C, un gradient adiabatique et un vent non négligeable (>2 m/s); 10% par un faible ICU, une faible inversion thermique et des conditions de vent variables. Des statistiques comparables sont obtenues par jours de fortes chaleurs (105 jours). Canicules et fortes chaleurs sont associées à deux structures contrastées en fonction des conditions de vent. Un vent non négligeable (>2 m/s) contribue à ventiler l’excès de chaleur de la ville et à limiter le contrôle de la topographie. En résultent des températures très homogènes sur l’ensemble de l’aire d’étude. Au contraire, un vent faible (<2 m/s) maximise le contrôle de l’occupation du sol et de la topographie sur la température de l’air. En résulte un excès de chaleur en ville. La plaine, à l’est, est relativement plus fraîche que le plateau à l’ouest, de même qu’un axe traversant l’agglomération le long du talweg et du cours d’eau (vallée de l’Ouche). Cet axe frais naturel limite l’ICU ou, a minima, favorise de relatifs Îlots de Fraîcheur Urbains nocturnes. Cette étude montre la pertinence de l’analyse combinée d’un réseau de mesures de la température de l’air, de la circulation atmosphérique et des descripteurs géophysiques pour mettre à jour les déterminants de la température de l’air et la spatialiser.

L’analyse comparative des données météorologiques de la station rurale de Carpiquet avec une station expérimentale en périphérie de la ville de Caen a permis de montrer la présence en hiver d’un léger îlot de chaleur péri-urbain (ICPU) (moyenne de +0,4°C). Il est caractérisé par un maximum d’intensité en fin d’après-midi et début de soirée (+0,8°C) et des écarts faibles le reste du temps. Derrière cette image moyenne, une analyse du continuum temporel au pas de temps journalier puis horaire a mis en exergue des comportements différenciés selon les types de temps. Le caractère le plus original des résultats est la présence certes rare, mais significative en termes d’intensité, d’un îlot de fraîcheur péri-urbain (IFPU). Il se forme de nuit par temps clair et calme et se prolonge dans la matinée, jusqu’à présenter un maximum d’intensité vers 9 h UTC. Cette inversion par rapport au schéma classique de fonctionnement des îlots de chaleur urbain (ICU) s’explique par un mode d’occupation du sol favorable à la formation d’une poche froide par rayonnement nocturne, favorisée par l’absence totale de vent (effet de barrage du bâti et de la végétation) et par la faible densité urbaine, alors que sur la campagne ces mécanismes de refroidissement sont atténués par la persistance d’un léger flux. Cet IFPU résiste et s’intensifie en début de matinée, jusqu’à temps que le soleil et la turbulence de l’air ne viennent échauffer et disperser cette pellicule d’air froid plus dense. Ici, les conditions stationnelles semblent donc primer sur les effets purement urbains car l’agglomération de Caen ne présente pas une masse suffisante pour créer une « bulle chaude » jusque dans ses quartiers périphériques quand un type de temps radiatif s’impose.

Cet article s’intéresse à la mesure et à la cartographie de l’îlot de chaleur urbain (ICU) dans la couche de canopée urbaine au sein de l’aire urbaine de Metz Métropole entre juin et septembre 2019. L’ICU a été suivi à partir d’un réseau de 23 stations météorologiques fixes permettant d’observer en continu la température de l’air à 3 m du sol. Les sites d’observation ont été soigneusement sélectionnés de façon à être représentatifs de différents types d’environnement (urbain, suburbain et périurbain) et typologies de revêtement (surfaces imperméables bitumées, surfaces végétalisées, étendues d’eau, etc.). L’objectif est d’évaluer les propriétés spatiales et temporelles de l’ICU au cours de cette période remarquablement chaude, et de déterminer son intensité à partir des données relevées en continu par le réseau de mesure. La période d’observation est particulièrement intéressante dans la mesure où elle se caractérise par la survenue des deux séquences caniculaires (25-30 juin et 21-26 juillet), offrant la possibilité de mieux comprendre le comportement thermique du tissu urbain et la dynamique de l’ICU local lors d’extrêmes chauds. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence un ICU de l’ordre de 3°C en moyenne au sein des zones densément urbanisées, pouvant atteindre 7,1°C en situation caniculaire ce qui est conforme au modèle prédictif de Oke (1973) fondé sur la relation population-ICU en Europe. Une importante présence de végétation est toutefois susceptible de réduire son intensité et ses effets contrairement aux étendues d’eau qui, la nuit, ne semblent pas jouer le rôle de puits de fraîcheur.

Les espaces publics ouverts, surtout les places publiques sont pour la rencontre de la population, la communication, la convivialité, etc… Afin que ces espaces jouent leur rôle, il y règne un environnement physique confortable. L’usage optimal de ces espaces mérite une connaissance détaillée de tous les éléments qui peuvent améliorer les conditions climatiques d’utilisation de ces derniers. L'objectif du présent article est d’étudier et d’analyser le rôle joué par la végétation (le végétal urbain) dans l’espace extérieur urbain; vu que c’est une composante fondamentale de ce dernier; dont elle minimise et intercepte les rayons solaires, un facteur très important du confort thermique à l’extérieur. Elle réduit les températures de l’air, génère de l’ombre, absorbe les flux radiatifs. En général, elle participe à la modification positive des ambiances physiques (chaleur, humidité, lumière,…). Sachant que les gens des villes sahariennes, (climat chaud et zone aride) cherchent à s’abriter contre les rayons solaires par tous les moyens, surtout durant la période estivale. A cette dernière, la majorité des gens sont touchés par le stress thermique, vu le manque de fraîcheur et de l’ombre, et cela, les pousse à abandonner les places publiques, et rejoindre les espaces bâtis, tout en utilisant la climatisation, qui engendra une importante consommation d’énergie (électricité). L’investigation 'in situ' a touché la dimension climatique, la température ambiante, l'humidité, l'ensoleillement, le rayonnement solaire, etc… et l’insertion du végétal urbain (par simulation) comme un masque contre les rayons solaires. Les résultats obtenus confirment le rôle primordial du végétal urbain dans la création de l’ombre, qui a amélioré le confort thermique des places publiques et ensuite la qualité de la vie urbaine. Or on s’est limité, dans cet article, à exposer un seul exemple de la recherche. Il s’agit d'une place publique (Ben Badis) de la ville de Biskra/Algérie, ville saharienne, (à climat sec et de zone aride). La technique suivie dans ce travail est une combinaison entre les mesures des facteurs climatiques nécessaires 'in situ' et la simulation par le biais d’un logiciel.

L’étude diachronique des températures de surface (Ts) prises pendant la saison chaude par situation anticyclonique radiative (temps clair et calme) est réalisée dans l’aire métropolitaine de Casablanca à l’aide d’une série d’images infrarouges thermiques Landsat multi-dates sur la période 1984-2019. Les thermographies obtenues sont alors analysées pour évaluer les gradients thermiques de jour comme de nuit au sein de ce territoire côtier densément peuplé. Les résultats obtenus montrent l’existence en fin de matinée, d’îlots de fraîcheur urbains au niveau du sol (IFUs) couvrant les villes de Casablanca et de Mohammedia. La nuit, ces IFUs se muent en îlots de chaleur urbains au niveau du sol (ICUs), les Ts étant alors plus faibles dans l’intérieur des terres par rapport à celles de la conurbation littorale. Par ailleurs, sur la période 1984-2019, une bonne concordance entre l’évolution spatio-temporelle des surfaces chaudes et celle des espaces urbanisés est établie en journée.

Dans cette thèse, le milieu urbain est considéré comme un système complexe, situé au carrefour de deux dimensions aux temporalités différentes et multiples : le climat et la société. Le climat urbain est le fruit de la rencontre entre une des expressions les plus abouties de notre société, la ville, et le climat. Le climat urbain est une modification du climat, provoquée par la présence d’une ville qui peut se résumer par la notion d’Îlot de Chaleur Urbain (ICU). Dans un contexte global de changement climatique combinant adaptation, atténuation et croissance urbaine, l’ICU tend à s’amplifier. Ses impacts sanitaires sur les populations deviennent préoccupants. Ce travail se situe dans une optique d’amélioration des connaissances de l’impact de la forme urbaine et de la croissance urbaine sur l’intensité de l’ICU à travers la mise en place d’une méthode permettant d’intégrer le climat urbain dans les processus décisionnels. Pour ce faire, une approche “modèle-dépendante” est adoptée. Cinq scénarios de croissance urbaine reposent sur un nombre de logements identiques mais correspondent à des Local Climate Zones différentes (Logements individuels groupés - LCZ 9, Logements individuels en bandes - LCZ 6, Collectifs peu denses - LCZ 3, Collectifs - LCZ 2, Collectifs denses - LCZ 4). Ceux-ci sont élaborés, à l’horizon 2050, en fonction des données d’entrées des modèles de croissance (MUP-City) et de climat urbain (Meso-NH/TEB). Afin d’évaluer la capacité de Meso-NH/TEB à reproduire les températures sur Dijon Métropole, une simulation de contrôle, portant sur la ville actuelle, est préalablement confrontée aux données du réseau MUSTARDijon pour la période caniculaire du 22 au 26 Juillet 2018. La comparaison des résultats avec le réseau in situ MUSTARDijon montre que les températures simulées sont spatialement et temporellement cohérentes avec les observations. Le cycle diurne est correctement modélisé ainsi que les milieux urbains et ruraux. Un biais important est présent les nuits en milieu rural où les températures restent élevées, limitant l’intensité de l’ICU simulé. Les températures simulées des cinq scénarios sont, temporellement cohérentes, les maximums et minimums de températures coïncident avec la simulation de contrôle. Comparées à la simulation de contrôle, pour les journées (12h à 18h), les zones scénarisées avec les LCZs 3 et 2 présentent des températures plus chaudes que les zones scénarisées avec les LCZs 9 et 6. Les scénarios pour lesquels le pourcentage de bâti est le plus faible présentent des augmentations de températures les moins importantes. Enfin, il semblerait que construire, quelle que soit la forme urbaine, en périphérie des zones bâties déjà existantes, impacte peu la température de celles-ci
The urban environment is at the crossroads of two complex systems with different temporalities : climate and society. The urban climate is a modification of the climate caused by the presence of a city. The most successful expression of this climate change by the presence of the city is the phenomenon of Urban Heat Island (UHI). In a global context of adaptation and mitigation to climate change and urban development, this phenomenon of ICU tends to increase, and its health impacts on populations to become more prominent. This work is aimed at improving the knowledge of the impact of urban form and urban development on the intensity of the UCI through the implementation of a decision support tool allowing to integrate urban climate into decision-making processes. To do this, a “ model-dependent ” approach has been adopted. Five urban growth scenarios are based on the same number of housing but correspond to different Local Climate Zones (Grouped individual housing - LCZ 9, Individual group housing - LCZ 6, Low density collective - LCZ 3, Collective - LCZ 2, Dense collective - LCZ 4). These are developed by 2050, based on input data from growth models (MUP-City) and urban climate (Meso-NH / TEB). In order to assess the ability of Meso-NH / TEB to reproduce temperatures in Dijon Métropole, a control simulation, relating to the current city, is previously compared with data from the MUSTARDijon network for the heat wave period from 22 to 26 July 2018. A comparison of the results with the MUSTARDijon textit in situ network shows that the simulated temperatures are spatially and temporally consistent with the observations. The diurnal cycle is correctly modeled as well as urban and rural environments. A significant bias is present at nights in rural areas where temperatures remain high, limiting the intensity of the simulated UI. Compared to the control simulation, for the days (12LT to 18LT), the scenario with LCZs 3 and 2 present warmer temperatures than the scenario with LCZs 9 and 6. The scenarios for which the building percentage is the smallest has the smallest temperature increases. Finally, it would seem thatbuilding, whatever the urban form, on the outskirts of already defined built-up areas, has little impact on their temperature

Le changement climatique devient de plus en plus préoccupant. En effet, parmi ses conséquences, nous subissons des vagues de chaleur estivale plus fréquentes, plus longues et plus intenses. Ces épisodes de chaleur entraînent des répercussions considérables en milieu urbain. Ils rendent les activités quotidiennes dans les espaces de vie extérieurs et intérieurs extrêmement inconfortables, engendrent des conséquences néfastes sur la santé publique parfois létale et augmentent la demande énergétique pour la climatisation des bâtiments. Ces constats soulignent l'importance de la transition vers des villes plus résilientes, respectueuses de l'environnement.Dans ce contexte, les priorités d’actions architecturales se doivent d’évoluer. En effet, il y a lieu désormais de fournir les efforts nécessaires au réaménagement des espaces urbains dans les zones densément peuplées et à la réhabilitation des bâtiments existants, tout en procédant dans le même temps à la réalisation des bâtiments neufs économes en énergie.En mettant l'accent sur le réaménagement urbain et la réhabilitation des bâtiments, la démarche, participative, proposée vient conforter les bâtiments existants et renforcer l’attractivité des espaces extérieurs, favorisant ainsi les modes de vie durables et la réalisation d’avancées significatives participant à la lutte contre le changement climatique. Les travaux menés dans cette thèse s’intéressent au confort perçu et à l’amélioration de la qualité de vie, sujets prioritaires des bureaux d’études spécialisés, des maitres d’ouvrage et des collectivités locales.Dans ce but, cette thèse propose d’offrir, aux concepteurs et aux décideurs, des outils adaptés à la pratique, agissant de la programmation à l’exploitation d’un projet de rénovation urbaine et ce, en considérant l’aspect climatique local et l’aspect subjectif.Notre démarche scientifique a consisté à analyser un ensemble d’outils d’aide à la décision. Certains modèles de caractérisation du confort hygrothermique sont complexes et prennent en considération plusieurs paramètres pour évaluer le confort des usagers. La première étape a comporté une analyse de sensibilité d’un indice de confort objectif UTCI (Universal Thermal Climate Index) afin de repérer les paramètres significatifs qui nécessitent une mesure. La seconde étape a impliqué la validation d’un indice moyen de confort perçu à l’échelle urbaine. En effet, cette démarche s'est concrétisée par l'adoption d’une méthode expérimentale basée sur un état de l’art portant sur les différents indices de confort thermiques. Nous avons ainsi expérimenté la méthodologie intégrant des campagnes de mesures physiques in-situ et des enquêtes standardisées à l’aide des questionnaires adressés aux usagers. Les données recueillies permettent le calcul d’un indice moyen de confort perçu (APCI) et la corrélation de cet indice avec des mesures microclimatiques relevant de l’ingénierie appliquée. L’étape suivante a consisté en une étude numérique simplifiée à l’échelle du bâtiment participant à estimer l’effort requis pour maintenir le confort intérieur généré par une rénovation urbaine. Pour cela, il a fallu utiliser une base de données de bâtiments existante pour simuler le bâtiment et générer, comparer et ajuster des données météorologiques afin d’alimenter l’outil de simulation thermique des bâtiments.Les travaux développés dans cette thèse participent ainsi à poser les bases méthodologiques pratiques pour le développement de projets urbains confortables, étape essentielle vers une urbanisation mieux adaptée aux réalités climatiques futures
The escalating concerns surrounding climate change are evidenced by the exacerbation of summer heat waves, posing significant challenges to urban environments. These heat events detrimentally affect daily activities, compromise public health, and intensify energy demands for building cooling systems. Urgent action is required to transition towards resilient, environmentally friendly cities. This necessitates a reevaluation of architectural priorities towards urban redevelopment and building rehabilitation. This thesis advocates for a participatory approach that empowers the decision-makers and designersto address climate change impacts effectively. By focusing on enhancing perceived comfort and quality of life, this research aligns with the priorities of design offices and project owners. Through a scientific methodology, decision support tools are analyzed to inform urban design processes effectively.This thesis proposes to offer, to the designers and the decision-makers, tools adapted to the practice, acting from the programming to the exploitation of an urban renewal project and this, considering the local climatic aspect and the subjective aspect.The thesis employs a scientific methodology, analyzing various decision support tools to enhance urban comfort. Through sensitivity analysis of the Universal Thermal Climate Index (UTCI), significant parameters affecting comfort are identified, followed by the validation of an average perceived comfort index (APCI) at the urban scale. Utilizing a combination of in-situ measurements and standardized surveys, a perceived average comfort index (APCI) is derived and correlated with microclimatic measurements. Additionally, simplified numerical simulations at the building scale assess the impact of urban renovations on interior comfort, leveraging existing building databases and weather data adjustments.This research contributes practical methodological frameworks essential for the development of comfortable urban projects, vital for urbanization strategies better suited to future climate realities. By integrating local climatic considerations with subjective perceptions, this thesis provides designers and decision-makers with tailored tools to guide urban renewal projects towards enhanced comfort, sustainability, and resilience

Le confort thermique des habitants d'une ville est principalement affecté par l'îlot de chaleur urbain. Ce phénomène se traduit par des températures plus chaudes en ville que dans sa périphérique, principalement la nuit. Il est causé par les relâchements de chaleur stockée dans les bâtiments et la route le jour mais aussi par des sources anthropiques comme le chauffage ou le trafic routier. L'îlot de chaleur urbain peut atteindre jusqu'à 10°C la nuit pour les plus grandes mégapoles. Mais au cœur d'un quartier, la variabilité de la température, en fonction des ombrages ou de la présence d'eau et de parcs peut aussi atteindre quelques degrés. Elle peut donc être de la même amplitude que l'îlot de chaleur urbain. L'objectif de cette thèse est d'étudier la variabilité de la température à l'échelle de la ville et à l'échelle de la rue. Le but est de mettre en place une chaîne de modélisation de la température à l'échelle de rue à partir de données de stations météorologiques opérationnelles en périphérie d'une ville. Cette chaîne de modélisation doit être rapide et faire appel à des données accessibles au plus grand nombre afin de pouvoir simuler des scénarios d'aménagement urbains sur le long terme en dehors des laboratoires de recherche. La première partie de la chaîne de modélisation s'appuie sur un modèle numérique physique, le générateur de climat urbain spatialisé, permettant de calculer l'îlot de chaleur à l'échelle du quartier à partir de données se situant en dehors d'une ville et d'un modèle de surface de ville comme le modèle TEB. La deuxième partie permet de modéliser statistiquement la variabilité de température à l'échelle de la rue à partir des conditions météorologiques simulées par le générateur au sein d'un quartier et d'une cartographie précise du tissu urbain du quartier considéré. Cette modélisation statistique s'appuie sur des campagnes de mesures effectuées en 2013 et 2014 dans des quartiers des villes de Marseille, Paris et Toulouse
The thermal comfort of the inhabitants of a city is mainly affected by the urban heat island (difference in air temperature between urban and surrounding area. This effect is caused by anthropogenic sources, low vegetated areas and heat stored in buildings and roads during the night. The urban heat island can reach 10°C at night for the biggest cities. But inside a neighborhood, the temperature variability can reach a few degrees with the effect of the shadow of the trees or the presence of lake or parks. This variability may have the same magnitude than the urban heat island. The objective of this thesis is to study the temperature variability at the city-scale and at the street-scale. The aim of this PhD work is to develop a modeling chain of the temperature at the street-scale from data from operational weather stations located in airports.The modeling chain has to be fast in order to simulate long term urban planning scenarios and have a low computational cost in order to be run outside of atmospheric sciences laboratories. The first step of the modeling chain is the spatialized urban weather generator, a numerical physical scheme which calculated the urban heat island at the neighborhood scale from data of an operational weather station located outside of the city and with sur urban surface model TEB. The second part is a statistical model of temperature variability at the street scale calculated with meteorological data coming from the generator and a mapping of the urban tissue. The statistical model relies on field campaigns achieved in 2013 and 2014 in the neighborhoods of Marseille, Paris and Toulouse

L'urbanisation des surfaces est à l'origine de l'îlot de chaleur urbain : les températures au centre des villes sont plus élevées que dans les zones rurales environnantes. Ces phénomènes ont été étudiés pour deux campagnes de mesures. La première a eu lieu à Marseille pendant l'été 2001. L'îlot thermodynamique a été suivi par un réseau optimisé pour cette ville côtière. La nuit, l'urbanisation est le premier facteur d'explication de la variabilité de température alors que le jour cet effet est balayé par le régime de brise. Le jour les mesures des flux turbulents sont affectées par cet écoulement frais et humide. La deuxième campagne a été menée sur Toulouse pendant un an de février 2004 à mars 2005. Les données acquises ont permis de montrer l'impact des rejets anthropiques de chaleur sur le bilan d'énergie en hiver : ils peuvent atteindre plus de 100 W m-2 et compenser la moitié du déficit d'énergie solaire.

D'un point de vue social, économique et météorologique, l'environnement urbain est un système complexe qui mérite l'attention d'une communauté scientifique multidisciplinaire. La ville modifie les conditions météorologiques locales et régionales. La ville modifie le bilan d'énergie de surface ainsi que la composition de l'atmosphère comparée aux terrains naturels présents aux alentours. L'îlot de chaleur urbain en est la plus évidente conséquence. L'impact sur la dynamique de vent est du à la fois à l'hétérogénéité des surfaces, à la rugosité plus importante et aux gradients horizontaux de température entre les environnements urbains et ruraux. Cet impact est plus difficile à observer mais il est importante pour la gestion de la qualité d'air, la conception de structures et le confort urbain. Cette étude se focalise sur la circulation locale appelée circulation de brise urbaine qui est generée en présence d'un îlot de chaleur urbain diurne, avec un ciel sans nuages et des vents régionaux très faibles. Différentes approches sont combinées pour avancer dans la connaissance de ce phénomène de mésoéchelle: Une étude expérimentale de la brise urbaine, utilisant les données d'observation de la campagne de CAPITOUL effectuée à Toulouse entre février 2004 et mars 2005. Une approche numérique employant des simulations à haute résolution (250 m) effectuées avec le modèle atmosphérique non-hydrostatique Meso-NH, couplé avec un schéma de surface urbain TEB, a permis de quantifier les effets urbains 3D de mésoéchelle non mesurés. Ces deux approches ont permis d'obtenir l'intensité et l'étendue des branches convergentes et divergentes de la brise, les vitesses de convection verticales et de quantifier la perturbation sur les champs de température et d'humidité. .
From a social, economical and meteorological point of view, the urban environment is a complex system which deserves the attention of a multidisciplinary scientific community. The city modifies the local and regional weather. The city modifies the surface energy-balance and the composition of the atmosphere compared to the surrounding 'natural' terrains, temperature showing the most obvious alteration (the well-known urban heat island). The impact on the flow dynamics due to the surface heterogeneity, larger roughness and horizontal temperature gradients between urban and rural environments is more difficult to observe but is important in air quality management, structures design and urban comfort. This study focuses on the local circulation created in presence of a daytime urban heat island, under cloudless skies when regional winds are very light, called urban-breeze circulation. Different approaches are combined to advance in the knowledge of this mesoscale phenomenon: An experimental study of the urban-breeze using observational data from the CAPITOUL campaign carried out in Toulouse between February 2004 and March 2005. A numerical approach using high resolution numerical simulations performed with the non-hydrostatic atmospheric model Meso-NH coupled with the urban surface scheme TEB, allows to quantify the unmeasured 3-D mesoscale urban effects. Both approaches allowed to obtain the intensity and extension of the convergent and divergent branches of breeze, the vertical convective velocities and to quantify the perturbation on the temperature and moisture fields. .

Les villes jouent un rôle majeur dans le changement climatique à l'échelle globale au travers des émissions de gaz à effet de serre qu'elles génèrent. Mais elles peuvent aussi influencer le climat aux échelles locale et régionale car elles traduisent une altération des modes d'occupation des sols qui modifie les échanges thermodynamiques entre la surface et l'atmosphère. Les études d'impacts en milieu urbain se concentrent principalement sur les effets du changement climatique sur le climat local des villes (et plus largement, sur un ensemble de dimensions environnementales) selon des approches ne tenant pas compte des rétroactions potentielles. Les hautes résolutions horizontales atteintes aujourd'hui par les modèles de climat régionaux rendent légitime et pertinent d'inclure une modélisation explicite des villes dans ces modèles pour traiter les interactions ville/climat. Le couplage du modèle de climat régional ALADIN à 12 km de résolution avec la plateforme de modélisation des surfaces continentales SURFEX intégrant le modèle de canopée urbaine TEB permet d'évaluer l'impact de l'urbanisation à l'échelle régionale. L'analyse de sensibilité comparant différentes approches de modélisation des zones urbaines montre que les villes modifient significativement la température de l'air proche de la surface. Les plus grandes agglomérations françaises induisent un réchauffement le jour et la nuit, qui s'étend au-delà des limites de la ville et affecte l'environnement à l'échelle régionale. La comparaison des simulations à de longues séries d'observation sur la région parisienne révèle que la modélisation explicite des processus urbains avec TEB reproduit mieux la dynamique journalière de l'îlot de chaleur urbain et son intensité en phase nocturne que l'approche conventionnelle des modèles de climat décrivant les villes comme de la roche. L'activation de TEB dans le modèle ALADIN permet donc de mieux représenter l'impact des villes sur les climat régional. Néanmoins, les études d'impacts du changement climatique sur les villes nécessitent une descente d'échelle complémentaire. Une simulation a été réalisée avec le modèle AROME couplé à SURFEX(TEB) à 2.5 km puis 1.3 km de résolution sur l'agglomération toulousaine pour la période couvrant la campagne expérimentale CAPITOUL (2004-2005). Les bénéfices de la paramétrisation urbaine sont confirmés à ces échelles. Les tests de sensibilité réalisés sur les différentes versions de TEB mettent en lumière la forte sensibilité des performances du modèle à la qualité des simulations atmosphériques AROME et à la précision des données de surface. Pour ces résolutions et avec les bases de données actuelles, les paramétrisations les plus sophistiquées de TEB (échanges turbulents dans la canopée urbaine, énergétique du bâtiment, végétation explicite) n'apportent pas d'amélioration par rapport à la version historique voire dégradent les résultats. Il reste donc des voies d'amélioration à explorer pour la configuration AROME-Climat avec SURFEX(TEB), aussi bien sur la physique et la dynamique du modèle atmosphérique que sur la qualité des bases de données. En parallèle, différentes méthodes de descente d'échelle à très haute résolution sur les villes sont envisagées pour raffiner encore les études d'impacts
Greenhouse gas emissions generated by cities play a major role in climate change at a global scale. But cities can also influence the climate at the local and regional scales as they reflect an alteration of land-use that modifies the thermodynamic exchanges between the surface and the atmosphere. Impact studies in urban areas focus mainly on the effects of climate change on the local climate of cities (and more broadly on a range of environmental dimensions) using approaches that do not account for the feedback with the atmosphere. The high horizontal resolutions reached by regional climate models make it relevant to include explicit modeling of cities to address city/climate interactions. Coupling the ALADIN regional climate model ALADIN (12 km horizontal resolution) with the SURFEX modeling platform integrating the model of urban canopy TEB allows to evaluate the impact of the urbanization at the regional scale. Sensitivity analyses that compare different urban canopy modeling shows that cities significantly modify the near-surface air temperature. The largest French cities induce a warming day and night, which extends beyond the limits of the city and affects the environment on a regional scale. Comparison of the simulations with long-term time series of observations on the Paris region reveals that the explicit modeling of urban processes with TEB improve the daily dynamics of the urban heat island and its nocturnal intensity compare to the conventional approach of climate models that describes cities as rock. The activation of TEB in the ALADIN model thus makes it possible to represent the impact of cities on the regional climate. Nevertheless, impact studies of climate change on cities require a further downscalling. A simulation was carried out with the AROME model coupled with SURFEX (TEB) at 2.5 km and 1.3 km resolution on the agglomeration of Toulouse for the period covering the CAPITOUL experimental campaign (2004-2005). The benefits of urban parametrization are confirmed. The tests carried out on the different versions of TEB highlight the high sensitivity of the model's performance to the quality of the AROME atmospheric simulations and the accuracy of the surface description. For these resolutions and with the current databases, the most detail parametrization of TEB (turbulent exchanges in the urban canopy, building energy budget, explicit vegetation) do not seem relevant compared to the historical version. New develompents could thus benefits to the AROME-Climat configuration with SURFEX (TEB). In particular, The physics and dynamics of the atmospheric model as well as the accuracy of the databases could be improved. At the same time, various downscalling methods at very high resolution on the cities are envisaged to enhance the spatial resolution needed by the impact studies

Le GIEC (groupe d’expert Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat) dans leur 4 ème rapport souligne que les villes européennes seront impactées par des épisodes caniculaires plus fréquents et plus intenses dû aux modifications climatiques ayant lieu au cours du XXI ème siècle. La ville, espace climatique particulier, sensiblement plus chaud que son espace environnant amplifie le phénomène de l’îlot de chaleur urbain (ICU). Pour la ville de Paris, les îlots de chaleur urbains peuvent dépasser de 8 à 10°C les températures relevées quelques kilomètres plus loin. Cet effet est d’autant plus néfaste lors de période caniculaire comme a connu la France en 2003, 2006, 2010 ou bien même en 2015. La connaissance sur le phénomène de la canicule nécessite de mettre en relation des données autant spatiales que temporelles afin de définir des zones à risques .Pour pouvoir simuler une canicule, le modèle SURFEX-TEB, conçu par Météo-France, CNRS, a été choisi. Il permet d’estimer la température en ville à partir de conditions climatiques des plus hautes atmosphères. Ces prévisions sont importantes notamment en période de canicule où les écarts de température entre la ville et sa banlieue peuvent dépasser 8C°. Le risque caniculaire, induit par les ICU, est complexe à appréhender et à représenter.Pour caractériser, appréhender et représenter la canicule, avec l’aide du modèle SURFEX-TEB, nous avons effectué une assimilation avec des mesures réalisées pendant la canicule de 2015 sur Paris. Cette assimilation met en évidence par exemple les phénomènes d’accumulation et l’impact des configurations des appartements sur les températures intérieures et extérieures. Nos différentes configurations ont permis de confirmer l’importance de considérer les températures intérieures lors de périodes caniculaires.Ce travail de recherche propose donc un éclairage spécifique et technique de la représentation des canicules. Son objectif est une meilleure représentation des canicules et l’estimation de leur dangerosité en fonction de la durée du phénomène, de son intensité et des caractéristiques urbaines et humaines. Des cartes décrivant la canicule et sa dangerosité sont mises en valeur grâce à l’élaboration d’un site web grand public.Les résultats de cette recherche soulèvent une interrogation sur les seuils de canicule. Ils soulignent l’importance d’introduire un seuil de canicule intérieur et démontrent le rôle de la configuration urbaine et en particulier des types d’habitation pour mieux prendre en compte la dangerosité des canicules et espérer mieux atténuer leurs effets
The IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) in its 4th report underlines that the European cities will be impacted by more frequent and more intense scorching episodes due to the climatic modifications taking place during the XXIth century. Peculiar climatic areas, significantly hotter than their surroundings, cities amplify the phenomenon of the urban heat island (UHI). In the example of Paris, the urban islands of heat can exceed by 8°C to 10°C the temperatures measured a few kilometers away. This effect is all the more fatal as heat wave periods become more and more regular (2003, 2006, 2010, 2015). The knowledge on the heat wave phenomenon requires to put in relation spatial and temporal data so as to define high-risk areas.To be able to simulate a heat wave, the SURFEX-TEB model, designed by Météo-France, and CNRS, was chosen. It allows to estimate the temperature in town from weather conditions of the highest atmospheres. These forecasts are particularly important in heat wave periods where temperature differences between cities and suburban areas can exceed 8°C. The heat wave risk, resulting from the UHI, is complex to both understand and represent.To characterize, understand and represent the heat wave by the means of the SURFEX-TEB model, we made a data fusion with measures realized during the 2015 heat wave in Paris. This assimilation highlights, for instance, the accumulation phenomena and the impact of the apartments configuration on the inside and outside temperatures. Our various configurations allowed to confirm the importance of taking into account the internal temperatures during heat waves periods.This research thus proposes a specific and technical perspective of the heat waves representation. Its objectives are a better representation of heat waves and a sharper estimation of their dangerousness according to the phenomenon duration, its intensity and the urban and human features. Maps describing the heat wave and its dangerousness are highlighted thanks to the elaboration of a public Web site.The results of this research rise an interrogation on the thresholds of heat wave. They underline the importance to introduce an internal threshold of heat wave and demonstrate the role of the urban configuration, particularly the types of house. This should contribute to better take into account the dangerousness of heat waves and to improve the mitigation of their effects

Cette thèse fournit une description du développement des services climatiques au sein de Toulouse Métropole, en France. Ils sont articulés autour d'un réseau de stations météorologiques pour les études de micro-climatologie, en particulier l'analyse de la température de l'air et de l'îlot de chaleur urbain. Le premier axe s'emploie à décomposer les services climatiques à base de réseaux d'observations en objets distincts rattachés à des champs disciplinaires séparés mais en interaction. La démarche s'appuie sur une classification de la bibliographie et des travaux de l'Organisation Mondiale de Météorologie sur les services climatiques. Dans cette partie sont également expliqués le parti pris et la mise en place d'une dynamique de travail qui font appel aux méthodes relatives à la participation, et en particulier à la co-construction. Si l'axe premier présente un cadre théorique et méthodologique du travail de recherche-action, le second axe se veut être la mise en pratique. A savoir la transformation des différentes composantes d'un service climatique à base de réseau de mesures en une solution technique déployée et opérationnelle selon des normes et standards internationaux. Un focus est apporté sur le choix des sites de mesures à l'aide de cartographies thématiques et d'une campagne de mesures véhiculée. Le troisième axe, enfin, propose une analyse de l'îlot de chaleur du territoire Toulousain à partir des données mesurées par le réseau mis en place. L'îlot de chaleur est abordé sous l'angle classique de la dichotomie urbain/rural et selon des conditions météos optimales à sa formation. Dans un second temps est mobilisée l'approche des types de temps. Enfin une analyse spatiale plus fine est réalisée en mobilisant les Local Climate Zones (LCZ) avec un focus sur les zones d'activités (LCZ 8). Cette thèse propose ainsi une approche transversale et inter-disciplinaire de mise en œuvre d'un service climatique urbain, complétée d'une analyse territorialisée du climat urbain
This thesis provides a description of the development of climate services within Toulouse Métropole, France. They are articulated around a automated weather station network for micro-climatology studies, in particular the analysis of air temperature of the urban canopy heat island. The first one decomposes the climate services based on observation networks into distinct objects attached to separate and interacting disciplinary fields. The approach is based on a classification of the bibliography and the work of the World Meteorological Organization on climate services. This part also explains the volontee to mobilize methods relating to participation and in particular co-construction with the purpose to bring work flow and dynamic. While the first axis presents a theoretical, methodological framework for action-research work, the second axis is intended to be its practical application. In other words the transformation of the different components of a climate service based on a measurment network into a technical solution deployed and operational according to international norms and standards. A focus is brought on the choice of measurement sites with the help of thematic maps and a mobile measurement campaign. The third axis, finally, proposes an analysis of the heat island of the Toulouse territory from the data measured by the network. The heat island is approached from the classic angle of the urban/rural dichotomy and according to optimal weather conditions at its formation. In a second step, the approach of weather types is mobilized to deepen the analyses according to various types of weather conditions. Finally, a finer spatial analysis is carried out using Local Climate Zones (LCZ) with a focus on the activity zones (LCZ 8)