Prévenir les îlots de chaleur, une priorité pour l'avenir des villes

Avec un enchaînement de périodes caniculaires entre les mois de juin et d’août, l’été 2022 est inédit. Il nous montre déjà qu’avec le changement climatique, la vie en ville sera à l’avenir bien plus problématique durant la période estivale. Surtout aux endroits les plus urbanisés, qui peuvent rapidement devenir des fournaises. Densément construites, ces zones artificielles, essentiellement constituées de surfaces bétonnées et d’asphalte, favorisent les fortes élévations de température. De plus, leur couleur sombre attire et garde d’autant plus facilement la chaleur. On appelle cela des îlots de chaleur. Dans le cadre d'un "Design Project", un travail de semestre mené pour leur master en ingénierie de l’environnement à la faculté Environnement naturel, architectural et construit (ENAC) de l’EPFL, deux étudiantes, Clara Gualtieri et YueWanZhao Yuan, ont mené un important travail sur ce phénomène et la manière d’en réduire l’impact.

Dans un monde qui se réchauffe, de tels îlots posent de sérieux problèmes. La population, qui se concentre majoritairement au sein des agglomérations, est et sera donc de plus en plus directement confrontée aux défis que présentent les chaleurs extrêmes. Celles-ci impactent non seulement la santé et le confort de vie, mais représentent un danger mortel pour certaines catégories, telles que les personnes âgées, fragilisées ou sans-abri. De plus, la recherche de fraîcheur par l’utilisation de la climatisation et de ventilateurs engendre une forte hausse de la consommation d’énergie et donc de nouvelles émissions de gaz à effet de serre (GES) aggravant en fin de compte la situation climatique. C’est le cercle vicieux.

Les deux étudiantes ont comparé l’évolution des températures de surface (sols, façades et toits) dans deux districts de la ville de Genève: Les Vernets et Pointe-Nord, qui connaissent de profondes transformations et où différents projets urbanistiques sont planifiés dans le cadre du PAV (Praille- Acacias-Vernets). Pour chacun, les chercheuses ont créé plusieurs modélisations complexes: une du profil de températures actuel, une autre de ce qu’il pourrait devenir en 2050 sans modification et selon le «pire» scénario du GIEC (RPC8.5), soit celui où les émissions de gaz à effet de serre continuent d’être émises au même rythme qu’aujourd’hui, engendrant un réchauffement maximal, et enfin une dernière simulation intégrant des aménagements urbanistiques visant à réduire la température localement.

Augmentation de 10 degrés

Il en ressort que les températures les plus chaudes enregistrées à la surface du sol sont aujourd’hui d'environ 35 degrés pour les deux quartiers. Mais les modèles ont montré un potentiel d'augmentation moyenne de 10 degrés au sol, avec même des pics à + 15 degrés!, entre le scénario actuel et le scénario futur pour les mois de juillet et août.

Les simulations ont également révélé que des stratégies d'atténuation comme l’augmentation de la couverture végétale, par l'ajout d’arbres et de plantes par exemple, permettraient de réduire la température de surface d'environ 5 degrés dans les deux districts. L’ombre ainsi générée serait notamment plus efficace que l’addition de plaques d'herbe sur le sol, notent les étudiantes dans leur rapport. Elles nomment également comme moyens à étudier l’utilisation de l’effet d’albédo, c’est-à-dire le pouvoir réfléchissant des couleurs claires, ou encore la remise en surface des fleuves et cours d’eau, qui ont un fort effet rafraîchissant.

Ces résultats sont le fruit d’un travail extrêmement minutieux. Les deux jeunes femmes ont cartographié les zones sélectionnées avec une grande précision pour en faire des cartes en 3D les plus complètes possibles. Celles-ci comprennent une foule d’informations: les données morphologiques et topographiques du terrain, mais également toutes les surfaces construites - telles que toits, façades, routes et même les plus petits plans comme les rebords et parapets - ainsi que leur taille, inclinaison et propriétés thermiques, sans oublier le mobilier urbain, les différents matériaux en présence, les parties végétalisées, les zones ombragées, etc. «En fin de compte, les simulations ont porté sur plus de 100'000 surfaces», décrit Clara Gualtieri.

«Un problème très sérieux»

Pour collecter toutes ces informations, les étudiantes ont recouru à des registres tels que le recensement des bâtiments de la Confédération et les bases de données météorologiques. Elles ont ensuite utilisé différents logiciels, notamment Rhino pour la conception en 3D, et enfin CitySim. Développé à l’EPFL, ce programme de simulation s’adresse spécifiquement aux planificateurs urbains. Il leur permet de connaître les propriétés thermophysiques et la consommation énergétique précise des bâtiments, et les aide ainsi à minimiser l'utilisation de sources d'énergie non renouvelables.

«Ce projet montre que le phénomène de l’îlot de chaleur urbain deviendra un problème très sérieux d’ici 2050 si les émissions de combustibles fossiles ne diminuent pas, et qu’il est donc à intégrer en amont des projets urbanistiques, relève Kavan Javanroodi, chercheur au Laboratoire d'énergie solaire et physique du bâtiment (LESO-PB). Il met également en évidence ce qu’il est possible d’obtenir avec certaines stratégies en termes de réduction de la chaleur et fournit ainsi aux urbanistes un point de départ pour lutter contre les pics de température et la formation de microclimats extrêmes au sein des quartiers en développement à Genève».

Ce travail a été supervisé par Kavan Javanroodi, superviseur principal, Dasaraden Mauree de BG Ingénieurs Conseils SA et Jérôme Henri Kämpf, chercheur principal à l’Idiap.