Méthodologie pour la quantification de l’impact d’aménagements urbains sur un climat urbain modifié

A methodology for quantifying impacts of urban planning on a changing urban climate

¹ Etudes & Climatologie - Direction Ile-de-France/Centre – Météo-France, 73 avenue de Paris, 94165 Saint-Mandé Cedex – France
² CNRM – CNRS/Météo-France, 42, avenue Gaspard Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 1 – France
³ CSTB, 10, Cours Louis Lumière, 94300 Vincennes – France
⁴ Université de Lorraine (Nancy II), 3 place Godefroy de Bouillon, BP 3397 – 54015 Nancy cedex – France

^* raphaelle.kounkou@meteo.fr
^** julien.desplat@meteo.fr

Résumé

Dans le cadre du projet EPICEA (Ville de Paris, Météo-France et Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), cette étude s’intéresse à un épisode climatique extrême – la canicule d’août 2003 – en tant qu’extrapolation dans le futur, puisque, si l’on considère le scénario le plus pessimiste (A2), un tel phénomène concernerait l’Europe de l’Ouest en moyenne un été sur deux d’ici 2070. Une simulation à 250 m de résolution de la période allant du 08 au 13 août 2003 est effectuée en utilisant le modèle de recherche numérique MésoNH, modèle non-hydrostatique à échelle très fine préfigurant la future génération de modèles numériques de prévision du temps, et le schéma de ville Town Energy Budget (TEB). TEB représente la ville de manière théorique sous la forme d’un canyon urbain dans lequel est modélisé le bilan d’énergie des surfaces élémentaires urbaines (route, toit mur). Il est ici employé en mode « couplage » avec le modèle MésoNH pour caractériser au mieux les conditions atmosphériques urbaines. Son homologue pour la végétation, Interactions Sol-Biosphère-Atmosphère (ISBA), est également utilisé. La ville de Paris est représentée en mode « réaliste » par le biais d’une base de données du couvert urbain parisien élaborée conjointement avec l’Atelier Parisien d’Urbanisme, intégrant l’altitude, les surfaces de végétation, de voirie, d’eau, les hauteurs des bâtiments, les différents types de toits et de murs et leur surface, etc. Les données de surface issues de cette base sont retravaillées et intégrées au modèle de ville TEB via un logiciel SIG. Les résultats sont très satisfaisants : le modèle reproduit bien les observations de température et de vent, ainsi que le cycle diurne d’humidité relative et les caractéristiques du climat urbain sont clairement identifiées. Les résultats permettent de discerner des micro-ICU au sein de Paris avec des différences de température de 2 à 4°C et mettent en évidence la vulnérabilité des arrondissements périphériques et de certaines communes limitrophes en liaison avec le panache urbain engendrant des différences de température de l’ordre de 2°C. Par ailleurs, différents leviers d’action sur le climat urbain ont été préalablement identifiés. Les plus pertinents sont l’albédo des surfaces (toits, murs et voirie) et la végétalisation des surfaces urbaines. Différents tests de sensibilité sont donc envisagés en modifiant ces paramètres, dans un contexte de canicule (août 2003) : éclaircissement des façades et des toitures, verdissement et humidification de la ville. Cette étude confirme l’intérêt d’utiliser ce type de schéma urbain en intégrant les spécificités complexes de l’occupation des sols en milieu urbain dans l’optique d’études sur l’adaptation d’un territoire au changement climatique, en comparant une situation de référence – présentée ici – à différents scénarios réalisables dans le futur.

Abstract

This study is part of the EPICEA project (joint collaboration between the City of Paris, Météo-France and the Scientific and Technical Centre for Building). It is focused on an extreme meteorological episode such as the 2003 heat wave that is considered as representative of future summers: regarding the pessimistic scenario A2, this may concern Western Europe on alternate summers as from 2070. A simulation of the period from 08/08/2003 to 13/08/2003 (corresponding to the highest mortality) with a 250 m high resolution is conducted, using the atmospheric model Méso-NH, the model Interaction between Soil, Biosphere, and Atmosphere (ISBA) for the natural covers and the specific urban canopy model Town Energy Budget (TEB) for built-up covers. TEB is aimed to simulate the turbulent fluxes into the atmosphere at the surface of a mesoscale atmospheric model covered by buildings, roads, or any artificial material, and calculates the urban energy budget of three urban surfaces (one for the roofs, roads, and walls). The city of Paris is represented as a realistic one, using datas from a specific database of the Parisian urban canopy that has been elaborate with the Parisian Urban Planning Agency (APUR). These datas include altitude, surface vegetation, roads, water, heights of buildings, different types of roofs and walls and their surface, etc.). They have been re-analysed and incorporated into the TEB urban model via a GIS software. One can then be confident in the results: The model compares correctly against observation for temperature and wind and reproduces correctly the diurnal humidity cycle, and the different processes involved in the urban climate are highlighted. The results shows micro-UHI inside of Paris from 2 to 4°C and the vulnerability of the peripheral districts of Paris and some surrounding cities due to urban plume (up to 2°C warmer). Various actions on the built environment are identified besides, which have a potential impact on urban climate. The most relevant are the modification of the surfaces albedo (roofs, walls and roads) and the greening of urban surfaces. Several sensitivity tests are therefore planned with different settings of Paris in the context of the 2003 heat wave: walls and roofs whitening, greening, and wetting of the city. This study confirms the usefullness of such urban schemes and informations about the complex specificites of land use in urban locations for adaptation to climate change studies by comparing a reference situation, such as the one described here, to different future scenarios.