Caractérisation des îlots de chaleur urbain par zonage climatique et mesures mobiles : Cas de Nancy. - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Characterization of urban heat islands based on climatic zoning and mobile measurements: Case study of Nancy.

Caractérisation des îlots de chaleur urbain par zonage climatique et mesures mobiles : Cas de Nancy.

Résumé

The IPCC fourth assessment report indicates that European cities will be affected by climate changes throughout the 21st century, including heat waves growing more frequent and more intense. The urban heat island (UHI), which is the positive air temperature difference between the city center and the rural areas nearby, can strengthen the negative impact of heat waves in terms of thermal urban comfort, public health and cooling demand of buildings. In order to tackle the issue of climate change adaptation, qualitative information is already available for urban planners. However, most of the existing numerical models require skills and knowledge in urban climatology in order to use them and to analyze their output. Therefore, it is necessary to define new approaches and to produce information in order to evaluate quantitatively the climatic impact of different urban planning proposals. This thesis targeted to study the development possibilities of a climate assessment model designed for urban planning purpose. This work aimed to characterize the UHI phenomenon using high spatial resolution mobile measurements in the urban canopy, performed in the conurbation of Nancy. In order to spatially organize the urban climate analysis, a climatic classification (“Local Climate Zone”, “LCZ”) has been applied. The objective of this scheme is to build homogeneous zones in terms of climatic behavior and urban properties. Within a sample of thirteen zones, seven urban indicators – related to urban morphology and land use – have been calculated. These indicators helped to draw connections between urban areas and LCZ types from the classification. Several mobile measurements campaigns have been performed in the summertime using an instrumented vehicle, in order to observe the climatic patterns of LCZ. The individual analysis has shown homogeneous temperatures within each zone, while the comparison between the zones has highlighted that there are significant air temperature differences during the nighttime. The study of the daily temperature cycle has shown that LCZ behave similarly in the morning and the beginning of the afternoon, and demonstrate a two-phases cooling period during the night. In order to compare the nighttime cooling dynamic over several days, a climatic indicator has been created and correlated with the calculated urban indicators. The combination of LCZ classification and mobile measurements has allowed a detailed analysis of the UHI at various spatial scales. This simplified approach can provide quantitative data, and therefore can be used to develop a new decision-support tool adapted to the urban planners needs.
Le quatrième rapport d’avancement du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat) indique que les villes européennes seront impactées par des modifications climatiques au cours du XXI siècle, avec notamment avec des épisodes caniculaires plus fréquents et plus intenses. L’îlot de chaleur urbain (ICU), défini comme l’anomalie positive de température d’air existant entre le centre d’une agglomération et les zones rurales environnantes, peut accentuer l’impact néfaste des canicules en matière d’inconfort thermique extérieur voire de risque sanitaire, et de charge de refroidissement des bâtiments. Afin de répondre au défi de l’adaptation au changement climatique, les aménageurs ont principalement accès à une information qualitative présentée sous forme de recommandations et de bonnes pratiques. La plupart des modèles numériques existants, de plus en plus performants, requièrent des connaissances et des compétences en climatologie urbaine pour les mettre en œuvre et analyser leurs sorties. Dans ce contexte, il est nécessaire de proposer aux aménageurs de nouvelles approches, produisant une information adaptée pour évaluer quantitativement l’impact climatique de différentes propositions d’aménagement. Cette thèse avait pour objectif d’étudier la faisabilité du développement d’un modèle de diagnostic climatique mobilisable pour les phases de planification urbaine. Le travail a consisté à caractériser le phénomène d’ICU à partir de mesures mobiles à haute résolution spatiale dans la canopée urbaine sur l’agglomération de Nancy. Dans le but de structurer spatialement l’analyse du climat urbain, une classification climatique (“Local Climate Zone”, “LCZ”) a tout d’abord été appliquée. L’objectif de cette classification est de construire des zones homogènes à la fois du point de vue climatique et du point de vue des caractéristiques urbaines. Au sein d’un échantillon réduit de treize zones, sept indicateurs urbains, relatifs à la morphologie urbaine et à l’occupation du sol, ont été calculés. Ces indicateurs ont permis d’établir des correspondances entre les fragments urbains de l’échantillon et les différentes typologies de la classification LCZ. Par la suite, plusieurs séries de mesures mobiles ont été effectuées en période estivale à l’aide d’un véhicule instrumenté, afin d’observer in situ les spécificités climatiques des LCZ recensées dans l’agglomération. L’analyse individuelle des zones climatiques a révélé que celles-ci sont relativement homogènes du point de vue thermique, particulièrement en période nocturne. La comparaison de l’ensemble des comportements thermiques a indiqué que les différences de température d’air entre LCZ sont significatives en période nocturne. L’étude du cycle journalier de température a permis d’observer que les LCZ présentent des températures d’air proches pendant la matinée et la majeure partie de l’après midi, et connaissent un refroidissement nocturne selon deux phases successives. Dans le but de comparer la dynamique de rafraîchissement nocturne sur plusieurs jours, un indicateur climatique a été proposé, puis mis en relation avec les indicateurs urbains calculés. L’association de la classification LCZ et de mesures mobiles a rendu possible l’analyse détaillée de l’ICU à différentes échelles spatiales. Cette approche “simplifiée” et pédagogique est en mesure de fournir une information quantitative, et peut de ce fait servir de base au développement d’un outil opérationnel de prise en compte du climat local à l’étape de conception du projet urbain.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-01751281 , version 2

Citer

F Leconte. Caractérisation des îlots de chaleur urbain par zonage climatique et mesures mobiles : Cas de Nancy.. Climatologie. Université de Lorraine, 2014. Français. ⟨NNT : 2014LORR0255⟩. ⟨tel-01751281v2⟩
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