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Arbres et ville : l’enjeu de la température

Parmi les stratégies d'adaptation des villes aux changements climatiques et notamment aux événements de chaleur extrême, la réintroduction de la végétation en ville est une solution intéressante. La végétation, par sa transpiration et son ombrage, a en effet un impact significatif sur le bilan énergétique de l'atmosphère urbaine. Un programme de recherches démarré en 2017, "CoolTrees"(*), vise à améliorer la modélisation de cet impact, en lien avec la topographie urbaine.

. © Inra
Mis à jour le 10/08/2018
Publié le 09/08/2018

Le milieu urbain présente des particularités qui le rendent extrêmement vulnérable du point de vue du confort climatique en cas de fortes températures. La préparation de la « ville durable » au changement climatique passe par une meilleure prise en compte du confort thermique dans l’espace urbain. Il faut envisager une protection efficace de la population, aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur des bâtiments, lors du pic de chaleur de l’après-midi, et des moyens efficaces pour provoquer une diminution significative de l’Îlot de Chaleur Urbain (ICU). Il correspond à une différence positive des températures entre la ville et la campagne voisine qui peut aller de 2 à 3°C, jusqu’à plus de 10° pour de très grandes villes, et se manifeste surtout la nuit.

Une ville et une vie plus durables

Des solutions concrètes existent comme la végétalisation du sol, des bâtiments, l’isolation de l’habitat, des modifications des formes de l’habitat, du choix des matériaux et des couleurs, etc. Dans tous les cas, il s’agit soit d’une action indirecte, ou préventive, qui consiste à agir sur la source de chaleur (le rayonnement solaire ou son stockage), soit d’une action plus directe de lutte contre l’augmentation de la température en rafraîchissant l’atmosphère par climatisation naturelle (enherbement, parcs arborés) ou artificielle (arrosage des chaussées).

Parmi l’éventail de solutions, l'augmentation des surfaces végétales en introduisant davantage de pelouses et d’arbres semble une solution favorablement partagée par les habitants, avec la demande de Nature en ville.

La structuration spatiale et le fonctionnement physiologique des arbres leur confèrent un potentiel d’action sur le climat urbain. Les arbres agissent sur le climat urbain en modifiant le bilan radiatif (effet d’ombrage du sol et des bâtiments) et diminuent la température d’air via la transpiration. La transpiration correspond au processus de vaporisation de l’eau (passage de l’état liquide à l’état gazeux) par une voie physiologique, au niveau des feuilles. Ce processus est consommateur de chaleur. Il est dit endothermique.

Cet impact positif est renforcé par les services écosystémiques que peut fournir la végétation aux habitants : assainissement de l’air et des sols, piégeage du carbone, bien-être social et biodiversité.

Les travaux d’expérimentation et de modélisation entrepris depuis des vingtaines d’années ont permis de quantifier ce potentiel à différentes échelles : de la rue à la ville en passant par le quartier. Les modèles actuels ne sont toutefois pas très précis et ne rendent pas vraiment compte de la complexité de la situation réelle. Plus récemment, le rapprochement de l’écophysiologie végétale et de la climatologie urbaine a permis de formaliser et de mieux comprendre les interactions entre une strate arborée (arbre seul ou parc) et le climat urbain, pour une simulation améliorée.

Améliorer la durée de vie des arbres par des aménagements du milieu

Ce rôle de régulation suppose que les arbres puissent se développer et fonctionner de manière normale tout au long de leur saison de végétation. Or un arbre est soumis à de nombreux aléas et stress qui vont l’impacter et parmi les multiples contraintes extérieures, l’accès à l’eau est primordial. Le manque d’eau va avoir un effet direct sur le potentiel de transpiration d’un arbre (et donc impacte son rôle rafraichissant), ainsi que sur les capacités photosynthétiques, voire conditionne sa survie à  long terme. Un des enjeux économiques pour les gestionnaires des espaces verts est de maintenir une durée de vie la plus normale possible pour les différentes essences implantées.

Les gestionnaires des espaces verts abordent ainsi l’aménagement des espaces pour les arbres de façon plus pensée et étayée qu’autrefois en fonction des services attendus de ces espaces et des contraintes liés à l’environnement proche. A l’occasion de réaménagements urbains, des actions d’envergure visant une revégétalisation allant de pair avec des infrastructures d’irrigation sont entreprises (voir la vidéo sur l’exemple de l’avenue Garibaldi à Lyon : https://www.youtube.com/watch?v=X-SX7s2YrW0 ).

Les interactions entre un arbre et son environnement sont complexes car un arbre est un organisme vivant. Si le bénéfice d’une strate arborée en milieu urbain repose sur la capacité des arbres à transpirer et sur l’ombrage qu’ils génèrent, elle apporte aussi son lot de contraintes pour les gestionnaires, comme la gestion des feuilles mortes, les maladies des plantes à traiter (en milieu urbain), l’augmentation de la prévalence des allergies aux pollens, l’entretien des espaces verts…

Les apports de CoolTrees

L'échelle spatiale de résolution des modèles climatiques urbains est généralement supérieure à 100 m et ne permettait pas aujourd’hui une représentation spatiale précise de l’agencement des arbres et des bâtiments à l'échelle des rues et de leurs interactions. Le pouvoir rafraichissant via la transpiration n'est généralement pas correctement simulé dans les modèles de climat urbain car la structuration spatiale et le fonctionnement des arbres sont mal appréhendés. Cette difficulté est accrue par la complexité tridimensionnelle du paysage urbain qui induit des sources de rayonnement très divers : rayonnements de courte et longue longueurs d’onde réfléchis par le sol et les bâtiments, rayonnements absorbés, émis, et des directions et vitesses de vent très variables.

L’objectif général du programme COOLTREES est d'évaluer et de modéliser l'évapotranspiration des arbres urbains en fonction de leur environnement, leur structure et leur réponse physiologique. Par ailleurs, pour relier le pouvoir de rafraichissement issu des arbres locaux au climat urbain, 3 modèles de simulations, associés à 3 échelles spatiales différentes, sont utilisés et interconnectés pour de meilleures simulations.

Des campagnes de mesures en milieu urbain

Pour améliorer les modèles, il est notamment nécessaire de mieux caractériser la strate arborée car son effet ou non sur le climat urbain est largement tributaire de la forme et du fonctionnement du couvert.

Des campagnes de recensement seront réalisées en milieu urbain permettant de caractériser la typologie des essences rencontrées (platanes, tilleuls, etc …), leurs formes (hauteur, taillés ou non), le type d’organisation spatiale (arbre isolé, arbre d’alignement, parcs, etc …) et leurs variabilités fonctionnelles (statut hydrique, fonctionnement foliaire). Il s’agira aussi de quantifier par des expérimentations les échanges d’énergie au-dessus des arbres. In fine, on pourra quantifier la part de l’arbre en termes d’ombrage et d’évapotranspiration sur le bilan thermique du quartier.

Les modèles optimisés, en intégrant les paramètres liés aux végétaux et ceux liés aux bâtiments, aux matériaux et à la topographie 3D, proposeront alors aux urbanistes et architectes des simulations numériques plus précises et plus fiables pour viser à l’amélioration de la qualité de vie des citoyens.

 

Contact : Marc Saudreau, UMR PIAF

(*) :

  1. projet financé par l’ANR – 10/2017 au 10/2020
  2. les partenaires sont : l’UMR ICUBE, l’INSA de Strasbourg, l’association Plante & Cité et la Ville et Eurométropole de Strasbourg

 

Dispositif de mesure de rayonnement et température de feuille à différents étages foliaires, estimation du flux de sève.. © Inra, UMR PIAF
Dispositif de mesure de rayonnement et température de feuille à différents étages foliaires, estimation du flux de sève. © Inra, UMR PIAF