Entretien avec Cécile de Munck

Cécile de Munck est chercheuse en climatologie urbaine au Centre national de recherches météorologiques
(Unité Mixte de Recherche CNRS-Météo France).


J’ai une formation en physique de l’atmosphère, et je m’intéresse à l’adaptation des villes au changement climatique. Cet intérêt m’a poussé à me tourner vers la météorologie urbaine, et plus particulièrement l’adaptation des villes au changement climatique par des stratégies fondées sur la nature. J’étudie les questions qui ont trait à cette problématique en mettant en œuvre des modèles numériques et en scénarisant ces stratégies, que l’on peut décliner en modifiant différents paramètres. Cela permet de comparer les résultats des différents scénarios d’adaptation. Les modèles hydroclimatiques que nous utilisons sont toujours en cours d’amélioration, pour pouvoir y inclure les nouvelles stratégies fondées sur la nature ou d’autres stratégies techniques que le modèle n’inclut pas actuellement. Pour cela, on se base sur des campagnes de mesure pour mieux observer et comprendre de nouveaux processus physiques et/ou leurs interactions avec des processus déjà existants dans le modèle.

Du fait de leur artificialisation et de leur morphologie, les surfaces des villes ont un comportement microclimatique spécifique. On considère que les espaces autres qu’urbains (les océans, les forêts…) sont des états naturels, et que la construction des villes est un perturbateur anthropique, c’est pour cela qu’on parle de microclimat spécifique. Les villes sont des systèmes particuliers, où les équilibres en place sont radicalement différents de ceux présents à l’état naturel. Ces différences engendrent un dôme thermique à la surface des villes la nuit, plus connu sous le nom d’îlot de chaleur urbain : les températures de l’air sont de plus en plus chaudes au fur et à mesure que l’on se rapproche des centres urbains.

L’existence d’un microclimat urbain s’explique par les propriétés particulières et la morphologie des surfaces urbaines. En journée, il y a un apport de rayonnement solaire qui n’est pas géré de la même manière selon les surfaces. Non seulement les matériaux artificiels en ville accumulent de la chaleur, mais en plus ils imperméabilisent le sol, c’est-à-dire qu’ils empêchent le stockage de l’eau, contrairement aux surfaces naturelles. Celles-ci dissipent la chaleur par l’évaporation de l’eau contenue dans les sols et par l’évapotranspiration des plantes. Comme ce processus est bien moindre en ville qu’à la campagne, les matériaux artificiels absorbent en journée davantage de chaleur du soleil, à laquelle s’ajoutent jour et nuit celles produites par le trafic routier et les activités industrielles. Aussi, si l’on imagine une rue comme un canyon formé d’immeubles, l’espace qui les sépare est relativement étroit et le rayonnement solaire qui rentre dans la rue peut se retrouver piégé. En se réfléchissant sur toutes les surfaces des bâtiments, il ne peut pas en ressortir. C’est ce qu’on appelle le piégeage radiatif, un phénomène qui accentue l’accumulation de chaleur dans les matériaux en journée.

Ces comportements différents entre ville et campagne se traduisent par des effets plus marqués la nuit. À la campagne, la chaleur accumulée dans la journée est dissipée de plusieurs manières. En ville, non seulement les activités humaines peuvent se maintenir la nuit et donc continuer de dégager de la chaleur, mais il y a aussi toute la chaleur emmagasinée par les matériaux en journée qui est restituée par rayonnement infrarouge. C’est une question d’équilibres thermiques : un corps qui a accumulé de la chaleur, s’il est placé dans un environnement plus froid que lui, dissipe cette chaleur sous la forme d’un rayonnement. Les surfaces urbaines relâchent donc cette chaleur la nuit, ce qui induit un îlot de chaleur nocturne.

L’important, c’est de comprendre qu’il y a plusieurs facteurs qui expliquent le microclimat urbain. Tant qu’il y aura des matériaux artificiels, il y aura toujours une part de chaleur accumulée en journée. S’il y a plus de sols perméables et de végétation, une partie de cette chaleur pourra être dissipée par évapotranspiration, comme à la campagne. De la même manière, la part de chaleur produite par les activités humaines, même si elle contribue de façon moindre au microclimat urbain, constitue une source de chaleur qu’il est pertinent de diminuer.

Les villes sont particulièrement vulnérables aux vagues de chaleur en raison de cet effet d’îlot de chaleur urbain, qui amplifie les températures des zones urbanisées. Comme les projections climatiques prévoient des vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses dans le futur, on peut s’attendre à ce que les villes soient plus vulnérables au stress thermique que le reste des territoires. La consommation d’énergie des villes pour maintenir les habitants et infrastructures urbaines dans des gammes de température acceptables risque de fait d’être fortement accrue.

Les villes sont également vulnérables aux précipitations, parce que les matériaux qui les composent imperméabilisent les surfaces, ce qui engendre du ruissellement. Du fait aussi que les villes sont connectées au réseau d’assainissement et qu’il y a peu de sols naturels, toute l’eau des toits et des routes est directement envoyée au réseau d’assainissement, qui peut déborder, comme on peut le voir durant des événements intenses. Donc les villes sont plus vulnérables aux événements extrêmes du fait des caractéristiques inhérentes aux surfaces urbaines.

Les projections climatiques régionales actuelles montrent, notamment pour les précipitations, des zones de transition : on sait qu’au nord de l’Europe il y aura des épisodes de pluies plus intenses, et qu’au sud de l’Europe il y aura beaucoup plus de sécheresses, mais toute la zone entre les deux reste assez floue, ce qui ne permet pas de vraiment savoir comment le climat va évoluer dans ces zones.

Pour les températures, le phénomène d’îlot de chaleur nocturne engendre une variation des températures à l’échelle d’une ville, que l’on peut cartographier. Les cœurs de ville sont plus chauds que les pourtours, qui sont eux-mêmes plus chauds que la campagne environnante. C’est un effet de dôme thermique, et dans une ville comme Paris, cette variation peut s’élever à 4°C entre le centre et l’extérieur. Pour étudier l’évolution du microclimat d’une ville donnée dans le futur, il faut réussir à retraduire l’anomalie de température fournie par les modèles climatiques à l’échelle de tout le territoire urbain. Beaucoup de chercheurs travaillent sur cette méthode que l’on appelle « descente d’échelle », parce que les variations de température que l’on cherche à regarder sont de l’ordre d’une centaine de mètres tandis que les modèles ont une résolution bien plus large, de l’ordre de 12 km.

En attendant que ces méthodes de descente d’échelle soient assez robustes pour produire des scénarios de changement climatique à une échelle spatiale assez fine pour les études urbaines, nous avons fait beaucoup de simulations de scénarios d’adaptation en reprenant les conditions de la canicule de 2003, parce que c’est une canicule qui est très représentative de la fin de siècle, assez longue et assez chaude. Nous raisonnons aussi en termes de climat équivalent. Si l’on donne comme hypothèse de départ que dans un certain nombre d’années, Paris aura le même climat que le climat actuel de Tolède par exemple, cette hypothèse nous permet d’utiliser le climat actuel de Tolède comme entrée à nos modèles. On peut alors voir comment le Paris actuel, le Paris tel qu’imaginé dans le futur ou le Paris adapté se comporterait et ainsi comparer différents scénarios de développement ou d’aménagement urbain.

C’est très important d’avoir des revêtements qui réfléchissent la lumière pour éviter l’accumulation de chaleur et l’absorption par les matériaux, donc il est possible de jouer sur la couleur des revêtements. Plus ce sont des couleurs qui réfléchissent les rayons du soleil, moins la chaleur sera stockée dans les matériaux. C’est quelque chose qui est connu depuis des centaines d’années dans les villes de Grèce ou de Tunisie par exemple, où beaucoup de maisons sont blanches. Il y a aussi une tendance à faire des rues hautes et étroites pour ne pas accentuer le piégeage du rayonnement solaire. Il y a énormément de configurations possibles et cela dépend vraiment de la géographie et de la morphologie existante de la ville considérée. Penser certains changements à l’échelle de toute une ville n’est pas évident, parce que cela dépend de la façon dont la ville a été orientée historiquement. Je pense qu’historiquement les aménageurs ont pensé l’orientation des rues pour optimiser ventilation et exposition solaire selon le climat local. Je ne sais pas dans quelle mesure cette réflexion perdure actuellement.

Un des enjeux récents est de lutter contre l’étalement urbain. C’est un phénomène relativement vicieux puisqu’il pousse à l’augmentation du prix des maisons et fait que les habitants vont de plus en plus loin pour pouvoir se loger à des prix corrects. Etaler l’urbanisation est un processus qui n’est pas bénéfique au microclimat puisqu’il tend à augmenter les températures localement. D’un autre côté, la densification peut être délétère si elle engendre des bâtiments très hauts, augmentant la surface de matériaux artificiels capables de stocker la chaleur, si elle freine l’écoulement de l’air et génère localement plus de rejets de chaleur anthropiques. Tout est une histoire de compromis et d’adaptation locale.

Du côté des habitations, il y a aussi la question de l’isolation thermique. En isolant mieux les bâtiments, on diminue la consommation d’énergie dédiée au chauffage et à la climatisation. En contexte estival, la climatisation permet certes de refroidir les bâtiments, mais au détriment de l’extérieur où les couches basses de l’atmosphère se réchauffent.

Il faut tenir compte de plusieurs aspects, pas seulement de l’hydrologie urbaine ou du microclimat, parce qu’une ville reste un « écosystème » qui doit remplir un certain nombre de fonctions : l’accueil de la biodiversité, la production locale d’alimentation ou d’énergie, les activités récréatives qui sont importantes sociologiquement, etc. Il est important de penser aux différentes fonctions que la végétation peut remplir et aux contraintes urbaines : il n’est pas possible de planter des arbres n’importe où par exemple, il faut tenir compte des réseaux de gaz, d’électricité et d’assainissement. Par ailleurs, il ne faut pas juste en planter où cela est possible, mais plutôt en fonction du rôle qu’ils peuvent remplir. Par exemple, des projets de recherche ont montré que les ceintures périurbaines arborées ont un impact sur la température au centre des villes. Il faut encourager la plantation d’arbres au bon endroit dans tous les sens du terme.
 

Effets rafraîchissants de la végétation.
Source : APUR, Les îlots de chaleur urbains à Paris, cahier#1, décembre 2012

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Après, les arbres ne sont pas la seule solution, d’autant plus que s’il est important d’avoir de la végétation qui rafraîchit en été, ça n’est pas forcément le cas en hiver. Par exemple, ce ne serait pas une bonne idée de ne planter que des conifères, parce qu’ils ne perdent pas leurs aiguilles en hiver, et apportent donc un ombrage constant tout au long de l’année, pouvant induire une surconsommation de chauffage en hiver, contrairement aux arbres qui perdent leurs feuilles en été. La végétation à cycle annuel peut être très intéressante de ce point de vue-là. Malgré tout, je ne dirais pas qu’il ne faut pas planter de conifères, parce qu’en termes de biodiversité, de production de bois, ce sont des arbres qui peuvent être intéressants. Pour faire ces choix, il faut coupler toutes les fonctions que doit remplir l’écosystème urbain, et le penser à différentes échelles spatiales et temporelles. Notamment, les cultures maraîchères péri-urbaines peuvent coupler plusieurs services écosystémiques en rafraîchissant la ville pendant les mois les plus chauds de l’année tout en assurant une production alimentaire locale.

Il faut vraiment avoir une approche systémique de la ville, et ce avec des échelles de temps variables, parce qu’il faut penser au climat moyen et futur, aux événements extrêmes… C’est une approche qui doit être encouragée, parce qu’en ville les habitants n’ont pas juste besoin d’un bon microclimat, mais de beaucoup d’autres choses, c’est un système qui doit fonctionner dans son ensemble. Si l’on considère un seul enjeu au détriment des autres, on ne règle pas le problème de fond. Surtout qu’il existe des solutions qui sont dites « sans regret » : ce sont des solutions qui peuvent être bénéfiques à plusieurs problématiques ou fonctions. Il faut vraiment tenir compte de tout, et c’est pour ça qu’il est vraiment important d’avoir une approche systémique. Au sein des collectivités, même s’il est normal qu’il y ait des services différents, il faut travailler de manière transversale parce que tout est couplé. C’est une approche qui commence à émerger, mais qu’il faut continuer à encourager parce qu’il semble que les différents services des collectivités travaillent de façon assez cloisonnée.

Le fait d’utiliser des outils de modélisation, de devoir coupler plusieurs problématiques et de toujours chercher à développer le modèle le plus réaliste possible du système urbain, fait qu’on se rend compte de l’importance d’une approche globale ou systémique. Quand on a pu jouer des scénarios, voir les résultats et essayer, avec des sociologues, d’y associer des histoires pour les rendre plausibles, cela permet d’imaginer des futurs possibles. Cela nous montre qu’il existe des solutions permettant à la fois de s’adapter au changement climatique tout en diminuant la chaleur et le CO2 émis par les activités humaines. Les stratégies fondées sur la nature stockent le carbone, permettent souvent de retenir de l’eau dans les sols et de rafraîchir les villes pendant les canicules, ce qui diminue les dépenses d’énergie liées à la climatisation. Ça donne de l’espoir, et notre but est de montrer que même si cela a un coût temporel, humain ou financier, il ne faut pas croire qu’il n’y a pas de solutions.

Propos recueillis par Marion Barbé

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