L INFLUENCE DE LA VARIABILITE DES FACTEURS METEOROLOGIQUES SUR L OCCURRENCE ET L INTENSITE DE L ILOT DE CHALEUR URBAIN A RENNES EN 2010

Transcription

1 L INFLUENCE DE LA VARIABILITE DES FACTEURS METEOROLOGIQUES SUR L OCCURRENCE ET L INTENSITE DE L ILOT DE CHALEUR URBAIN A RENNES EN 2010 FOISSARD X., QUENOL H. et DUBREUIL V. COSTEL LETG UMR 6554 CNRS Université Rennes 2, Haute-Bretagne, Campus Villejean, Maison de la Recherche, Place du Recteur H. Le Moal, Rennes Cedex, xavier.foissard@univ-rennes2.fr, herve.quenol@univ-rennes2.fr et vincent.dubreuil@univ-rennes2.fr Résumé : A Rennes pour l année 2010, la différence de température moyenne entre le centre-ville ancien et la campagne avoisinante est de 1.3 C. Cet écart moyen sur une année résulte de la formation de l îlot de chaleur urbain (ICU), marqué quotidiennement de façon plus ou moins intense selon le type de temps rencontré. L évaluation de l ICU est réalisée par trois méthodes différentes : l écart de température quotidien est mesuré en ne tenant compte que des minimales, puis de l écart moyen net et enfin de l écart moyen brut. A partir des mesures du vent, de l insolation et de la pluviométrie, ces différents facteurs du type de temps sont mis en relation avec l ICU observé à l échelle de l année Les écarts obtenus confirment l importance de ces éléments météorologiques sur l intensité de l ICU mais leur variabilité ne permet pas d établir précisément le poids de chaque facteur. Cette étude s inscrit dans le volet d adaptation au changement climatique réalisée avec la Communauté d Agglomération de Rennes Métropole. Mots clés : îlot de chaleur urbain, climatologie urbaine, échelles fines, Rennes. Abstract : In 2010, the mean difference of temperature between urban and rural areas is 1.3 C to Rennes (France).This disparity is due to the urban heat island (UHI), it affects the daily temperatures by the weather condition encountered. The UHI is evaluated by three methods : difference between the daily minimum temperature, difference between net temperature and difference between average gross temperature. With wind speeds, solar radiations and rainfalls, these weather factors are connected with UHI for one year. Results confirm the impact of weather factors on the UHI intensity, however the great variability prevents to classify clearly each element. This study is carried out with local community in order to plan the mitigation of the climate change. Keywords : urban heat island, urban climate, small scale, Rennes. Introduction L îlot de chaleur urbain (ICU) est un phénomène lié à l urbanisation, il dépend de l occupation du sol et des conditions météorologiques. La morphologie du bâti, la présence de végétation, la perméabilité du sol, la nature des surfaces, la proximité d une rivière sont des éléments qui influencent l ICU et qui expliquent en partie sa répartition en ville, (Oke 1987). Les types de temps jouent un rôle prépondérant sur la fréquence d apparition de l ICU et son intensité. Les situations favorables à sa formation sont des conditions radiatives avec un vent relativement faible. A l inverse, des conditions de type dépressionnaires avec la présence de vent, de pluie et d une forte nébulosité atténuent voir font disparaître totalement l ICU, comme cela a été montré à Paris (Cantat, 2004) et à Nice (Carrega, 1994). L identification des composantes du type de temps et de leur influence permet de mieux estimer leur rôle et de quantifier les situations entrainant l ICU à Rennes. L étude porte sur la variabilité temporelle de l ICU liée au type de temps, ce qui permet d envisager l occurrence de l ICU dans le contexte du changement climatique. L objectif à terme est de définir le climat urbain en prenant compte le climat futur et l accroissement de l urbanisation. Ces travaux sont réalisés en collaboration avec Rennes Métropole dans le cadre de l adaptation aux changements climatiques. L ICU se traduit par un écart de température entre le centre et la périphérie. Dans un premier temps, il s agit de déterminer quels sont les écarts de températures les plus représentatifs de l ICU et sa fréquence à l échelle d une année dans l agglomération rennaise. L ICU étant la résultante de mécanismes complexes issus des conditions météorologiques, les 261

2 facteurs représentatifs choisis pour une première approche sont le vent, l insolation et la pluviométrie. 1. Contexte de l observation et choix méthodologiques L observation de l ICU rennais a été réalisée par deux stations météorologiques sur l ensemble de l année L une des stations météorologiques est située dans un contexte urbain, la seconde est en pleine campagne. A partir de ces relevés, l ICU est déterminé selon plusieurs méthodes afin de mieux rendre compte de sa présence sur une année à Rennes. 1.1 Données des stations météorologiques et le contexte particulier de l année 2010 Les stations météorologiques sont issues du programme ECORURB (écologie du rural vers l urbain) dont les travaux portent sur l effet de l urbanisation sur la biodiversité à l échelle locale. Le réseau de station existe depuis 2004 et parmi 16 stations météorologiques deux ont été retenues pour la continuité des enregistrements météorologiques (Quénol et al., 2010). Sur la figure 1, la première est située au cœur du vieux centre-ville de Rennes (site n 1), où le bâti y est resserré et la végétation peu présente. A l inverse, la seconde station est placée dans la campagne à Melesse (site n 3), une ville à environ 10km au Nord de Rennes. Le pas de temps horaire a été choisi pour l enregistrement par des stations de type Vantage et Weather Monitor de DAVIS. La mesure de la température est réalisée par ces deux stations afin d évaluer l ICU. En revanche, pour les facteurs témoignant du type de temps, le vent a été mesuré par une station située dans la ville de Rennes sur un site relativement dégagé (site n 2). Les mesures concernant le vent sont difficiles à obtenir en milieu urbain et sont souvent sujettes aux effets de site (Dubreuil et al., 2008). Cependant la sensibilité de l anémomètre de l appareil étant faible pour la mesure des brises inférieures à 2m/s, les valeurs choisies correspondent aux rafales. La pluviométrie et l insolation sont enregistrées à partir de la station située en campagne. Figure 1 : Carte de situation des stations météorologiques dans l agglomération rennaise. (1) station située dans le centre-ville de Rennes, rue du griffon. (2) station intra-urbaine utilisée pour la mesure du vent, Les Gallets. (3) station située hors de l agglomération rennaise, à Melesse. Source : IGN. La période observée est l année 2010, où la température moyenne annuelle à Rennes est inférieure à la normale de 0,6 C ( ), selon Météo France. Les périodes les plus 262

3 fraiches concernent les mois d hiver, ainsi la température moyenne annuelle des minimales est inférieure à la normale de 1,2 C. En revanche, Rennes a bénéficié en 2010 d un ensoleillement important : 1967h tandis que la normale est de 1626h. Généralement la frange ouest de la France a reçu un excédent d ensoleillement de 110% à plus de 120%. Cet élément est important à prendre en considération pour l observation des types de temps favorable à l ICU. 1.2 Définir et quantifier l îlot de chaleur urbain L écart de température moyen en 2010 entre la station située dans le centre-ville de Rennes et la station rurale est de 1,4 C. Cette différence contient l ensemble des températures horaires pour l année 2010, comprenant les écarts positifs et négatifs. La moyenne mensuelle de cet écart brut de température est représentée en figure 2. A partir des écarts de température horaire, seules les valeurs positives sont retenues dans un deuxième temps afin d obtenir exclusivement l écart net des températures. Cet écart net prend en compte toutes les valeurs de l ICU, restant plus représentatif de la réalité. Ainsi, l écart moyen net en 2010 est de 1,8 C, ce qui est détaillé sur la figure 2 pour chaque mois de l année. Pour la troisième méthode d observation de l ICU, on ne s intéresse qu aux températures minimales quotidiennes. L écart des tn ne représente donc qu une heure pour chaque journée, permettant de simplifier l estimation de l ICU quotidien (Cantat, 2004). La moyenne des écarts des Tn pour 2010 est de 2,4 C. L écart de température moyen pour chaque mois selon les trois méthodes est représenté en figure 2. On constate que les trois courbes ont le même comportement mais leurs amplitudes sont différentes. La courbe correspondant à l écart des Tn possède les valeurs les plus élevées et une amplitude inter-mensuelle importante. En comparaison avec les deux autres courbes les mêmes tendances sont observées, elles demeurent cependant moins importantes car l ICU calculé prend en compte les valeurs de températures intermédiaires. Du mois d octobre au mois de février les écarts bruts et nets sont proches, ce qui correspond à la diminution des températures plus chaudes la journée hors agglomération. Figure 2 : écarts de la température moyenne mensuelle entre le centre-ville et la campagne à Rennes en

4 2. Résultats et mise en évidence des facteurs du type de temps sur l intensité de l îlot de chaleur urbain Pour cette étude, les types de temps sont caractérisés en fonction de la pluviométrie, de l insolation et du vent. La pluviométrie est ramenée à la comptabilité du nombre de jours de pluie afin de quantifier une situation affectant le bilan thermique en ville. Concernant l insolation, l unité choisie est la durée d ensoleillement quotidien en heures et l estimation du vent est réalisée par la mesure des moyennes des rafales. Pour chaque facteur le pas de temps choisi est la journée, ainsi les données horaires sont moyennées par jour. 2.1 L îlot de chaleur urbain en 2010 Afin de mieux représenter le poids de l ICU sur une année, les écarts bruts des températures ont été choisis. En 2010, la distribution horaire en fonction de l intensité de l ICU est exprimée sur la figure 3, où les situations sans ICU sont également visibles. Tout d abord, l ICU n est absent que pour 14% des situations. En 2010, pour une heure sur quatre l ICU moyen est supérieur à 2 C dont presque la moitié est supérieur à 4 C. Il est à noter que l écart de température le plus important entre les deux stations en 2010 a eu lieu le 17 mars à 23h. Suite à une journée bien ensoleillée, mais plutôt fraiche, la température était de 14,5 C dans le centre de Rennes pour 5,3 C hors agglomération. Figure 3 : répartition des heures en 2010 en fonction de l intensité de l ICU à Rennes. Sur la figure 2, les trois mois avec l écart des Tn les plus grands correspondent à l alternance de types de temps favorables à l ICU. Ainsi, selon Météo France, l année 2010 a été particulièrement ensoleillée, notamment le mois d avril qui a connu 273h d ensoleillement alors que la normale de est de 142h ce qui correspond à une longue période anticyclonique. Pour les mois de juillet et de septembre, on retrouve la même tendance : un ensoleillement abondant et une pluviométrie faible avec surtout une large période anticyclonique. A l inverse, le mois de février possède un ICU moyen le plus faible de l année quelque soit la méthode d estimation. Malgré un ensoleillement relativement important, les périodes pluvieuses avec un vent soutenu sont fréquentes ce qui explique le faible ICU de ce mois. 264

5 Ces observations permettent de confirmer les tendances entre les types de temps et l ICU à l échelle mensuelle, cependant il est nécessaire de quantifier les situations qui régissent l ICU afin de pouvoir déterminer le poids de chaque facteur sur l ICU et à terme de proposer un modèle. 2.2 Relation entre les facteurs des types de temps et l ICU A partir des éléments définissant les types de temps, une relation significative apparaît à l échelle d une année. L estimation de l ICU est réalisée avec l écart des tn quotidiens car elle permet une comparaison rapide des situations. Ainsi en 2010, lors des jours de pluie l ICU est en moyenne de 1,9 C contre 2,9 C pour les jours secs. De même indépendamment pour chaque facteur, en moyenne sur une année plus l ensoleillement est fort et/ou plus les rafales quotidiennes sont faibles, plus l ICU est important. La figure 5 représente chacun de ces facteurs pour trois classes d intensité d ICU différentes. Les jours de pluies ont été convertis en jours de pluies décadaires pour l homogénéité des unités. On constate qu en 2010 à Rennes, les trois classes d ICU à Rennes suivent bien la logique : les temps calmes et clairs favorisent l ICU. Au demeurant, pour la classe d ICU «extrême» la moyenne d ensoleillement est nettement plus importante : 8h soit 40% d heure d ensoleillement supplémentaire. Un «palier» correspondant à un minimum d apport radiatif apparaît comme nécessaire pour un fort ICU. La pluie s avère également un facteur limitant pour un ICU supérieur à 4 C, en moyenne il a plu plus d un jour sur deux pour les journées avec un ICU compris entre 0 et 4 C. Cependant la pluie et l ensoleillement sont deux facteurs en partie liés, ce qui explique cette similarité. Concernant les rafales, les valeurs restent relativement homogènes sauf pour un ICU faible [0 C ; 2 C] où la moyenne des rafales est supérieure de 2m/s. Figure 4 : distribution des différents facteurs quotidiens observés pour chaque intervalles d ICU. En comparant l ensoleillement quotidien et l ICU, on remarque une très grande dispersion des valeurs. De même pour les rafales moyennes quotidiennes en fonction de l ICU, la dispersion des points suggère que ces facteurs indépendamment des uns des autres n expliquent pas l intensité de l ICU. En revanche sur la figure 5, les moyennes mensuelles de ces deux facteurs pour l année 2010 révèlent une bonne corrélation avec l ICU. Une modélisation à partir de ces termes pour estimer l ICU est donc envisageable, mais pour affiner le modèle d autres éléments météorologiques non indépendants les uns des autres interviennent dans ce mécanisme complexe (Cantat, 2004). 265

6 Figure 5 : distribution des classes d ICU (en abscisse) selon l ensoleillement et les rafales quotidiennes en 2010 à Rennes. Conclusion La mesure de l ICU est un écart de température entre le centre et la périphérie, cependant le choix des heures/méthodes prises en compte pour le calculer fait fluctuer le résultat. La moyenne des écarts des Tn permet de comparer plus facilement l ICU sur une année, tandis que la moyenne des écarts nets de température est plus proche de la réalité car elle inclue l ensemble des écarts de la journée. La relation avec les types de temps est réalisée avec l ensoleillement, le nombre de jour de pluie et les rafales révèle une bonne corrélation avec les classes d ICU à l échelle d une année. Ce résultat permet de pouvoir envisager un modèle à partir de ces éléments, dans le but de définir la tendance future de l ICU à Rennes en exploitant les données issues du scénario A1B du changement climatique par le modèle ARPEGE. Bibliographie Cantat O., 2004 : L îlot de chaleur urbain parisien selon les types de temps. Norois, Carrega P., 1994 : Topoclimatologie et habitat. Analyse spatiale et appliquée. Thèse de doctorat de l Université de Nice-Sophia Antipolis, Rev. Géogr. du Lab. d Analyse Spatiale R. Blanchard, 408 p. Dubreuil V., Quénol H., Planchon O., Clergeau P., 2008 : Variabilité quotidienne et saisonnière de l îlot de chaleur urbain à Rennes : premiers résultats du programme ECORURB. Actes de l Association Internationale de Climatologie, Oke T.R : Boundary layer Climates. Routledge, 435 p. Quénol H., Dubreuil V., Mimet A., Pellissier, V., Aguejad R., Clergeau P., Bridier S., 2010 : Climat urbain et impact sur la phénologie printanière. La Météorologie, Série 8, N 68,