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Îlots de chaleur urbains : lutter à l’échelle d’un projet immobilier

La surchauffe urbaine nuit au bien-être des citadins. Face à l’accélération des épisodes caniculaires dans le contexte du changement climatique, les stratégies de rafraîchissement deviennent un enjeu de santé publique. Comment les projets urbains peuvent-ils contribuer à rafraîchir la ville de manière efficace et durable ?

Depuis l’Antiquité, l’homme construit son habitat en prenant le climat comme un facteur déterminant de l’architecture. Qu’il s’agisse de conserver la chaleur ou de s’abriter du soleil, les architectures traditionnelles du monde entier reflètent ce rapport aux éléments naturels, et ce jusque dans les modes de vie. Cependant, avec le développement des technologies, l’habitat urbain s’en est peu à peu affranchi.

Au début du XIXe siècle, le pharmacien britannique Luke Howard révèle l’existence d’un climat spécifiquement urbain : dans son étude du climat de Londres entre 1818 et 1820, il note une différence des températures nocturnes de l’ordre de 3.70°C entre le centre de la capitale et la campagne environnante. C’est ce que l’on appelle aujourd’hui les îlots de chaleur urbains. Un phénomène qui touche plus de 80% de la population vivant dans les villes.

Engagés pour une architecture qui favorise le bien-être des citadins, nous veillons à réduire l’impact des îlots de chaleur sur tous nos programmes. Tour d’horizon des causes et des solutions à l’échelle d’un projet immobilier.

 

Îlot de chaleur urbain : définition 

Le phénomène d’îlot de chaleur urbain désigne des élévations localisées des températures en milieu urbain par comparaison aux zones rurales ou forestières voisines, ou aux moyennes régionales constatées – un écart qui peut s’accroître fortement à certaines heures de la journée. Par exemple, il fait en moyenne 2.5°C plus chaud à Paris qu’en banlieue, mais cet écart de température peut atteindre 8.5°C selon les heures de la journée.

Visualisation des températures en 2008 pour une nuit de canicule © Groupe Descartes – 2009.

 

Agissant comme un piège thermique, l’îlot de chaleur urbain génère l’apparition d’un microclimat qui se traduit par l’augmentation de la température à mesure que l’on approche des villes.

Enjeux des îlots de chaleur : une menace pour le bien-être et la santé des urbains

Tout le monde se souvient de la canicule de 2003, qui a entraîné une surmortalité de 141% en région parisienne (du 1 au 20 août).

Dans un contexte d’urbanisation massive – la démographie des villes a presque été multipliée par 6 depuis 1950 – et de vieillissement de la population, la surchauffe urbaine devient un enjeu majeur de santé publique. “Il faut souligner l’importance des modes constructifs face à ce danger, quand on voit qu’au sud de la France, il n’y a pas eu de surmortalité, et pour cause : l’habitat traditionnel est adapté à ce climat mais aussi les gens du sud, qui ont l’habitude de vivre avec les températures estivales et adaptent leurs comportements, par exemple en fermant les volets et les fenêtres dès que le soleil arrive, en lavant le sol pour créer de l’évaporation qui absorbe les calories et en ventilant la nuit en ouvrant les fenêtres”, explique Laure Planchais, paysagiste DPLG.

Une problématique d’autant plus prégnante que les épisodes de vagues de chaleur sont de plus en plus nombreux ces 20 dernières années et que Météo-France en prévoit 2 fois plus d’ici 2050. Dans le contexte du changement climatique, le rôle du cadre de vie est de plus en plus important pour protéger tous les habitants des villes, en particulier les plus fragiles.

Les enjeux des îlots de chaleur urbains sont nombreux :

  • Danger pour la santé : les impacts sanitaires du “stress thermique” sont nombreux (inconfort, malaise, coup de chaleur, aggravation de maladies chroniques, etc.), ainsi que la surmortalité en période de canicule (+18% à Paris lors de fortes chaleurs). Source : étude Santé Publique France.
  • Hausse de la consommation d’énergie : si l’on n’adapte pas la ville aux fortes températures, il en résulte une augmentation du recours à la climatisation – de l’ordre de 15% pour 1°C de hausse. La consommation d’air conditionné des 20 pays les plus prospères a ainsi augmenté d’environ 400 TWh au cours des trois dernières années (2015-2018). Elle devrait atteindre les 6200 TWh d’ici 2050. On estime également qu’une augmentation de 2°C, causée par un îlot de chaleur urbain, peut accroître la consommation d’énergie jusqu’à 5%. Publication : rapport Enerdata.
  • Augmentation de la pollution : le rayonnement du soleil et les températures élevées déclenchent des réactions chimiques entre les polluants primaires tels que l’oxyde d’azote (produit par les moteurs) et l’oxygène, générant de l’ozone, un oxydant virulent qui provoque des affections respiratoires telles que l’asthme.

Causes des îlots de chaleur

Face à ces risques, il est primordial de comprendre le fonctionnement de ces phénomènes de surchauffe urbaine, et de penser nos projets urbains afin de les réduire et en protéger les habitants des villes.

La couleur des matériaux

L’un des principaux facteurs, c’est la couleur : un matériau clair va réverbérer les rayons solaires et donc moins chauffer au fil de la journée, et inversement. Par exemple, le blanc réfléchit très bien le rayonnement, alors que le noir fait tout le contraire :Un revêtement très foncé va absorber le rayonnement solaire, et chauffer d’autant plus !.

En ville, l’enrobé de couleur sombre qui constitue une part importante des matériaux de sols absorbe particulièrement la chaleur, sans la réfléchir, ce qui est une des causes majeures des microclimats urbains. Avec leur faible degré de réflexion des rayons solaires, de nombreux matériaux de construction possèdent en effet un niveau peu élevé d’albédo (noté de 0 à 1), c’est-à-dire un faible pouvoir réfléchissant. Toits goudronnés, murs de briques, routes et parkings asphaltés contribuent ainsi de façon significative à la formation des îlots de chaleur urbains.

Divers albédos de l’environnement urbain © Nasa.

La nature des matériaux

L’autre facteur déterminant réside dans la nature même des matériaux de construction : certains sont plus conducteurs de chaleur que d’autres, et vont davantage chauffer s’ils sont exposés aux rayonnements solaires : “Un exemple, le métal est très conducteur de chaleur, il est donc vivement déconseillé de proposer du mobilier urbain en métal dans les régions où il fait très chaud, au risque de brûler les usagers”. 

Autre cas très répandu dans des villes comme Paris, les toitures en zinc qui, comme tous les métaux, vont avoir tendance à chauffer vite et intensément, et à se refroidir très lentement. 

L’imperméabilisation des sols

Les zones goudronnées et asphaltées empêchent l’eau de s’évaporer et la redirigent trop rapidement vers les égouts, ce qui empêche la rétention d’eau par le sol. L’eau ne peut donc plus jouer son rôle de rafraîchissement de l’air, capital pour lutter contre les îlots de chaleur urbains.

Morphologie urbaine et vents

Absence de zone d’ombre, faible circulation de l’air, absence d’entrée de vent, orientation des bâtiments, tout cela contribue aussi à l’augmentation des températures. À l’opposée de l’idée d’un élargissement des rues qui permettrait d’améliorer la circulation de l’air, chère au baron Haussmann, une forme urbaine qui privilégie des rues plus étroites, plus ombragées, permet de mieux maîtriser la formation des îlots de chaleur urbains.

Émissions de chaleurs anthropiques

L’activité humaine en ville est également en cause : services, industrie, transports sans oublier, bien sûr, la climatisation, produisent énormément de chaleur qui vient s’additionner à la température ambiante et à la pollution. Selon Albert Lévy, urbaniste et chercheur au CNRS, cet effet anthropique participe pour 20% à la création des îlots de chaleur urbains. En 2019, l’ingénieur Thibault Laconde avait parcouru Paris armé d’une caméra infrarouge pour mettre en lumière les îlots de chaleur pendant les canicules. Outre les relevés liés aux effets d’albédo et aux matériaux, il avait notamment enregistré les données de température sur le périphérique parisien :

Lutter contre les îlots de chaleur urbains

Face à la complexité des enjeux, les stratégies de rafraîchissement de la ville contre ce phénomène de surchauffe urbaine se jouent à toutes les échelles, que ce soit au niveau d’un quartier ou des individus. Dans son étude Rafraîchir les villes : des solutions variées, l’ADEME distingue 3 types de solutions : les solutions vertes qui font intervenir le végétal et l’eau, les solutions grises qui relèvent des infrastructures urbaines, et les solutions douces qui relèvent des comportements individuels. 

Soigner la gestion des eaux

L’eau est l’élément clé du rafraîchissement urbain : “Elle participe à abaisser la température, voire à donner la sensation qu’il fait plus froid !”. Qu’il s’agisse d’installation de type fontaine, de plans d’eau, ou d’une gestion pertinente du réseau des eaux pluviales, l’emploi de l’eau en zone urbaine permet de réduire la température au sol de façon significative. Par exemple, l’utilisation de pavés poreux à rétention d’eau, alimentés par les eaux pluviales, permet de baisser “la température de 15 à 20°C au niveau du sol, soit 2 à 3°C en ressenti au-dessus de la zone rafraîchie”. Souvent, à cause de l’imperméabilisation des sols, l’eau n’a pratiquement pas le temps de s’évaporer.

“C’est pour cela que les espaces plantés sont particulièrement intéressants pour faire baisser la température en ville, car les végétaux sont pleins d’eau et quand il fait chaud, ils transpirent et donc relâchent de l’eau dans l’atmosphère. Il faut donc faire en sorte de favoriser cette évapotranspiration, qui est un phénomène naturel permettant de rafraîchir l’air sans rejeter la moindre chaleur, contrairement à la climatisation explique Laure Planchais. Avant d’ajouter : “Pour y parvenir, mon rôle est de limiter l’imperméabilisation des sols et l’évacuation trop rapide des eaux dans les réseaux d’égouts. Au contraire, quand j’arrive sur un projet, je demande immédiatement quel est le point bas du site pour concevoir le chemin de l’eau de pluie jusqu’à la terre.” Ainsi, l’évaporation rafraîchit l’air et à l’arrivée l’eau est conservée dans les sols.

Sur notre projet Eloquence à Marseille, la gestion des eaux pluviales a été pensée pour maximiser les fonctionnalités écologiques du site. Grâce à un système de noues paysagères, sous forme de fossés aux rives inclinées et végétalisées, les trop-pleins d’eaux issus de fortes pluies sont facilement évacués et participent à la reconstitution des nappes phréatiques par infiltration. 

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Revégétaliser en privilégiant les arbres en pleine terre

“Le meilleur allié pour lutter contre les îlots de chaleur urbains, ce sont les arbres”. En effet, les arbres contribuent à réduire la température de deux manières : 

  • d’une part, par l’évapotranspiration de l’eau qui est maintenue dans la terre, 
  • de l’autre, par la création de zones ombragées. 

Les études s’accordent sur un effet maximal de 3°C de moins sur la température de l’air grâce aux arbres plantés dans des parcs dans des villes de latitude moyenne (Rahman et al., 2020). En outre, ils présentent de nombreux co-bénéfices comme l’encouragement de la biodiversité ou la séquestration du carbone. Au-delà des arbres, toute la végétation “transpire”, évaporant l’eau présente en profondeur dans le sol. Grâce à cette évapotranspiration, végétaux et sols n’accumulent pas l’énergie solaire reçue au cours de la journée. 

Sur notre projet Seconde Nature, nous avons consacré plus de 60% du terrain en espaces libres paysagers, majoritairement en pleine terre : “Une belle pinède typique de la région méditerranéenne avec certains arbres centenaires et qui font 25 mètres de haut !” raconte Laure Planchais, paysagiste sur le projet, qui insiste sur le choix des essences : “Sur la totalité des arbres d’origine, 91 seront conservés en l’état tandis que 198 nouveaux seront plantés en pleine terre.”.

Toitures et façades végétalisées peuvent, bien sûr, jouer un rôle dans le rafraîchissement urbain : environ 1°C pour les toitures, et entre 1 et 2,7°C pour les façades grimpantes (source : ADEME). 

Veiller au choix des matériaux et à la couleur des surfaces

Un bâtiment avec une bonne inertie thermique peut être un moyen efficace de maintenir les températures intérieures plus stables. Cela signifie que ces matériaux vont mieux résister au rayonnement solaire, moins chauffer, mais aussi qu’ils vont relâcher doucement cette chaleur pendant la nuit, ce qui permet de baisser l’utilisation du chauffage. C’est notamment le cas du granite, du bois massif ou de la terre crue. “La terre crue est un matériau qui a des propriétés d’isolant naturel, pour un bâtiment qui s’adapte aux températures extérieures”, résume Anthony Manelli, Directeur de programmes chez OGIC, notamment sur Ydéal Conflluence et son bâtiment de bureau en terre crue.

Autre point important, veiller à utiliser des couleurs claires pour maximiser l’effet d’albédo : Si vous avez un matériau très clair, il va réfléchir les rayons du soleil, et c’est bien sûr pour cette raison que tant de maisons méditerranéennes ont des façades enduites à la chaux, de couleur blanche, explique Laure Planchais. Aujourd’hui, de plus en plus de bâtiments recourent à des couleurs peintures plus claires, et il en va de même pour l’espace public : à Los Angeles, pour lutter contre les vagues de chaleur, les trottoirs ont été repeints en blanc ce qui permettrait de diminuer de près de 7°C la température en comparaison d’un revêtement en goudron classique noir.

Adopter des formes urbaines bioclimatiques

Veiller au rafraîchissement urbain, c’est aussi prendre en compte le climat dès la conception, et s’y adapter : la dimension des bâtiments et l’espacement entre ceux-ci (« canyons urbains ») ont des impacts sur la création d’ombre, ainsi que la rétention de chaleur nocturne. Il en va de même avec la ventilation naturelle, moyen écologique et efficace de lutter contre les effets des hautes températures, y compris au niveau des bâtiments, par la conception de bâtiments traversant pour créer des courants d’air naturels.

Toute la conception du projet Seconde Nature est bioclimatique : Elle vise une haute performance énergétique et prend en compte les vents dominants et le soleil pour s’assurer de ne pas avoir d’îlot de chaleur. Car 75 à 80% des logements ont une double voire une triple exposition, ce qui est assez rare précise Pierre Bernardini (OGIC). 

Sur notre projet au Blanc-Mesnil, le Jardin des Orfèvres, nous avons ainsi veillé à consacrer  40% de la surface globale du terrain en espace naturel, dont 2700m2 de pleine terre et la plantation de 260 arbres. « C’est une composition aérée, qui permet de laisser la place à la nature en pleine terre, et vous remarquerez qu’il n’y a pas une seule voiture visible ! » explique Alex Gurviez (OGIC). En effet, les parkings ont tous été placés en dessous des différents bâtiments afin de permettre une profondeur de terre et donc des essences d’arbres à hautes tiges, dont l’évapotranspiration permet de jouer le rôle d’îlot de fraîcheur pour les bâtiments alentour.

Pour Laure Planchais, il n’en reste pas moins nécessaire d’adapter nos comportements aux vagues de chaleur, qui vont se généraliser avec les effets du changement climatique : “Modes constructifs, végétalisation, gestion des eaux pluviales, nous devons prendre exemple sur les pays chauds sur de nombreux points, mais aussi sur les comportements : c’est aussi à nous d’accomplir les bons gestes pour protéger nos intérieurs du soleil et diminuer le recours à la climatisation.”