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Review
Issue
Climatologie
Volume 9, 2012
Climats et changement climatique dans les villes
Page(s) S65 - S81
DOI https://doi.org/10.4267/climatologie.626
Published online 09 October 2015

© Association internationale de climatologie 2012

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Introduction

Dans le cadre d’un programme de recherche sur le climat et la végétalisation des villes, nous avons cherché à définir les liens entre les trames vertes et l’adaptation des villes aux changements climatiques. Ce programme était porté par le GIS Climat Environnement & Société et par l’ANR Trame Verte Urbaine. Au sein de ce GIS, les recherches ne ciblaient pas l’échelle urbaine et ne manifestaient pas non plus d’intérêt particulier pour la végétation comme facteur d’adaptation; quant à ce programme ANR, il proposait surtout une approche écologique de la nature en ville. C’est pourquoi notre tâche a consisté à tester la pertinence de lier approches atmosphériques et écologiques. En effet, force est de constater un intérêt de la part des collectivités pour, d’une part, la question climatique et, d’autre part, les trames vertes.

Table 1

Approche transversale du climat et des trames vertes. Transversal approach of climate and greenways.

Si l’historique de ces thématiques renvoi traditionnellement aux premiers travaux du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, cf. www.ipcc.ch), au sommet de Rio de Janeiro de 1992 (Gray, 2011) ou au mouvement des villes durables (Emelianoff et Stagassy, 2010), il se doit de revenir, dans le cas de travaux français, sur le Grenelle de l’Environnement (Légifrance, 2010). Ce dernier comportait notamment, lors de sa première phase en 2007, deux groupes (sur les six au total) intitulés ‘Lutter contre les changements climatiques et maîtriser la demande d’énergie’ et ‘Préserver la biodiversité et les ressources naturelles’. De fait, les réflexions sur le climat et l’atmosphère s’orientent habituellement vers un débat sur l’énergie; celles sur la biodiversité se dirigent plus sensiblement vers l’aménagement du territoire. Cela est encore visible dans les thématiques sous la responsabilité du Ministère français de l’Environnement, où climat et énergie sont regroupés au sein de la direction générale de l’énergie et du climat (DGEC) alors que la nature non atmosphérique est associée à la gestion du territoire administrée par la direction générale de l’aménagement, du logement et de la nature (DGALN)1.

Loin de nous l’idée de mettre en doute de tels découpages. L’énergie est le premier secteur de production de gaz à effet de serre (European Commission, 2010) et, par là, un des facteurs majeurs des modifications climatiques. De même, de nombreuses recherches ont montré l’intérêt d’intégrer des préoccupations en termes de biodiversité dans les politiques d’aménagement du territoire, comme le programme Natura 2000 qui a regroupé une pluralité d’acteurs issus des sphères scientifiques, politiques et civiles (Pinton et al., 2007).

Cependant, certains signaux permettaient de penser que les liens entre la végétalisation des villes et les phénomènes climatiques locaux et régionaux devaient eux aussi être pris en compte. Parmi eux, on peut citer la thématique des îlots de chaleurs urbains, certains travaux sur les politiques environnementales des villes (Browne et Keil, 2000), d’autres plus récent sur l’effet des arbres sur l’atmosphère urbain (Wania, 2007), ou encore des propositions de justifications politiques, à commencer par celles favorisant l’implantation des trames vertes en tant qu’élément d’adaptation climatique. Les textes issus du Grenelle de l’Environnement précisent, par exemple, que les trames vertes doivent contribuer à « diminuer la fragmentation et la vulnérabilité des habitats naturels et habitats d’espèces et prendre en compte leur déplacement dans le contexte du changement climatique » (Légifrance, 2010). Depuis, les réflexions menées lors du 33ème Congrès de l’association France Nature Environnement (FNE) sur le thème de la trame verte et bleue, de la biodiversité et des changements climatiques (FNE, 2009), et celles développées lors de la journée Adaptation aux Changements Climatiques et Trames Vertes Urbaines organisée par notre programme de recherche (Boudes et Colombert, à paraître), ont réaffirmé la nécessité d’associer « climat » et « trame verte », a fortiori à l’échelle des villes.

L’objectif de cet article est de valider et clarifier la relation entre l’adaptation des villes aux changements climatiques et la nature végétale. Parce que le projet engage plusieurs disciplines, dont les sciences des écosystèmes, de l’atmosphère et de la société, plusieurs entrées méthodologiques sont nécessaires : des entretiens, des analyses scientométriques et des recherches bibliographiques. Nous souhaitons rappeler ici les principaux résultats concernant la production de données et de projections relatives aux liens entre ce que nous avons d’abord nommé des trames vertes – terme finalement politique aux significations multiples – et qui se retrouva ensuite pensé en termes de nature végétale, et le climat urbain, lequel à son tour pris la forme plus précise de mesures de température et de qualité de l’air. Pour arriver aux cinq principaux aspects de cette relation climat-végétation que nous avons dégagés, nous passerons d’abord par une démonstration de l’augmentation de la production scientifique sur les liens entre trame verte et climat, et sur la nécessaire catégorisation de ces associations en trois grandes familles d’ordre sociopolitique, technico-historique et scientifique2.

1. Augmentation de la production scientifique associant le climat et les trames vertes

1.1. Méthode de suivi

Pour ne pas se limiter à une intuition supposant que les trames vertes et le climat avaient sans doute des liens, un premier travail a mobilisé une approche scientométrique. Cette analyse invite par exemple à s’intéresser aux occurrences des termes dans les bases de données d’articles dans le but d’expliquer les éventuelles variations du nombre d’occurrences en fonction d’éléments déterminants pour le domaine (Callon et al., 1993). Les bases de données d’articles sont ainsi des outils permettant de mesurer l’usage d’un terme ou d’une expression dans la littérature; mais l’association entre termes est également mesurable (Boudes, 2008).

Si les bases de données en sciences humaines n’ont pas permis d’aboutir à des résultats pertinents, à cause de la faible occurrence des descripteurs « trame verte » et « climat », le recours aux bases de données des autres sciences ont permis des résultats plus poussés. Les occurrences y sont plus nombreuses, sans doute à cause de l’usage unique de l’anglais qui exclu les différences nationales et/ou linguistiques. Ainsi, parmi l’ensemble des revues compilées par la base Science Direct, les entrées « climate » et « greenway » dans tout le texte sont présentes dans 564 articles. A partir de la fin des années 1970, de tels articles paraissent chaque année, c’est pourquoi nous avons choisi l’année 1979 comme point de départ pour cette étude. L’année 2009 est la dernière année complète précédent cette recherche (menée en 2010). On dénombre 516 articles comprenant les mots « climate » et « grennway » dans tout le texte entre 1979 et 2009 (ci-après nommé Base 1). On trouve sur cette même période 58 articles pour « climate » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et « greenway » dans tout le texte (ci-après, Base 2), ou bien 23 articles pour « greenway » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et « climate » dans tout le texte (Base 3).

1.2. Résultats

La répartition par année de ces occurrences pour la période 1979-2010 (figure 1) montre l’évolution de l’emploi de l’association des trames vertes et du climat. On remarque en effet une nette progression du nombre d’articles, progression dont un premier élan est visible au milieu des années 1990 (avec un premier pic en 1995), et une forte croissance à partir des années 2000.

thumbnail Figure 1

Évolution du nombre d’articles associant les termes greenway et climate dans la base Science Direct, entre 1979 et 2009. La base 1 comptabilise les articles comprenant les descripteurs « climate » et « greenway » dans tout le texte; la base 2 comptabilise les articles comprenant le descripteur « climate » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et le descripteur «greenway » dans le texte; la base 3 comptabilise les articles comprenant le descripteur « greenway » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et le descripteur « climate » dans le texte. Evolution of the number of articles linking “greenway” and “climate” in the database Science Direct from 1979 to 2009. Base 1 accounts articles including “climate” and “greenway” descriptors in all the text; base 2 accounts articles including “climate” in the title, abstract and/or keywords and “greenway” in all the text; base 3 accounts articles including “greenway” in the title, abstract and/or keywords and “climate” in all the text.

Afin d’éliminer les biais dus à l’augmentation générale du nombre d’articles publiés dans des revues académiques, a fortiori du nombre d’articles comprenant greenway ou climate, il faut appréhender ce volume d’articles proportionnellement au volume d’articles publiés contenant les termes greenway ou climate. La figure 2 expose les résultats pour la base 3 (les bases 1 et 2 ont été exclues à cause du trop faible nombre d’occurrences). On remarque que, au-delà de la forte croissance du volume d’articles contenant le terme climate ou greenway, la part des articles comprenant les deux termes augmentent plus rapidement.

thumbnail Figure 2

Proportion d’articles contenant les occurrences « greenway » et « climate » (base 1) dans l’ensemble des articles contenant les occurrences « greenway » d’une part, « climate » d’autre part, pour la base Science Direct, entre 1979 et 2009. Proportion of articles with occurrences “greenway” and “climate” (base 1) among all the articles containing the occurrence “greenway” on the one hand, “climate” on the other hand, for the Science Direct database, between 1979 and 2009. Nota : Pour des raisons de lisibilité, les proportions d’articles comprenant climate et greenway parmi l’ensemble des articles comprenant climate sont exprimés en pourcentage (trait discontinu aux valeurs proches de zéro) et en pour 2 000 (trait plein).

La proportion, pour chaque année étudiée, des articles comprenant les termes greenway et climate dans tout le texte parmi l’ensemble des articles comprenant le terme greenway a quadruplé en 30 ans. De même, la proportion d’articles comprenant aussi le terme greenway dans l’ensemble des articles comprenant le terme climate a plus que doublé. Ceci prouve que, indépendamment du volume d’articles publiés, l’association des termes greenway et climate au sein des textes recensés par la base de données Science Direct est en forte croissance, ce qui contribue à valider l’hypothèse d’un intérêt croissant pour les recherches sur le thème du climat et des trames vertes.

2. Trois domaines d’association

Dans un second temps, nous avons cherché à rendre compte des configurations des associations entre trame verte et climat. Pour cela, nous avons dû étudier la littérature et dégager les principales orientations des productions scientifiques. Ne pouvant pas absorber l’ensemble de la production scientifique, le choix s’est basé sur des critères d’ordre qualitatif, et chaque article sélectionné a été considéré comme un symptôme permettant de rendre compte d’un phénomène plus général. Ont ainsi été choisis les articles des bases de données marquant a priori le plus fortement la tendance de l’association entre climat et trame verte, complétés par les indications bibliographiques issus des résultats de la recherche approfondie sur les trames vertes menée par Arrif et al. (2011). De plus, afin de palier à la surreprésentation des travaux en sciences des écosystèmes et de l’atmosphère, nous avons mobilisé un ensemble de références en sciences sociales.

L’analyse croisée de ces références3 a surtout permis de proposer une lecture non strictement disciplinaire de l’association climat-trame verte. En effet, les trois dimensions de cette relation que nous avons dégagées concernent l’appréhension sociopolitique du climat et des trames vertes, la dimension technique et historique de la nature en ville, et la production de données. Cette catégorisation n’est pas fermée, différents travaux informent plusieurs dimensions à la fois. Il faut la comprendre comme une grille de lecture possible de la relation entre climat et trame verte – mais aussi comme une somme d’arguments validant la reconnaissance d’un champ de recherche sur la végétalisation des villes et le climat urbain.

Les aspects politiques et collectifs regroupent les mots-clés relatifs aux actions déjà entreprises, notamment autour du mouvement des villes durables, mais aussi de son pendant en terme de justice et d’inégalités environnementales. Sur ces points, les liens entre climat, populations, trames vertes et santé sont des enjeux souvent débattus et argumentés, ainsi que la question des fragmentations et des continuités socio-spatiales. Les aspects concernant les modalités techniques et historiques d’associations entre trames vertes et climat ciblent d’abord l’émergence des trames vertes. Leurs définitions, leurs histoires et surtout, leur multifonctionnalité, leur ont permis de s’imposer comme un outil incontournable de gestion environnementale et les ont conduites, nécessairement, à intégrer des préoccupations associées directement aux changements climatiques, dont l’adaptation des espèces ou, plus généralement, les liens entre l’avenir du climat et celui de la biodiversité. Les données et les projections renvoient finalement aux résultats d’études sur les relations entre les végétaux lato sensu et l’atmosphère urbaine, présentés en suivant cinq entrées que nous avons jugées représentatives de ces relations : les îlots de chaleurs urbains, les effets généraux des arbres, le rôle de l’évapotranspiration, les effets des végétaux sur le ruissellement, et leurs effets sur la qualité de l’air et le stockage de CO2.

L’avantage de cette catégorisation est notamment de dépasser l’opposition ou la superposition d’éléments strictement relatifs au climat et à l’atmosphère, et aux trames vertes et à la végétalisation des villes pour proposer une lecture transversale de ces mêmes éléments. Le tableau 1 présente certains des mots-clés relatifs à chaque catégorie.

Il pourrait être objecté ici que ces dimensions semblent malgré tout se rapprocher d’un découpage scientifique : la dimension sociopolitique renvoyant plus sensiblement aux sciences sociales, la dimension technique et historique aux sciences des écosystèmes, la dimension de production de données et de projection aux sciences de l’atmosphère. A une telle remarque, nous répondrions d’abord qu’aucune de ces dimensions ne peut se satisfaire d’un seul apport disciplinaire, quand bien même celui-ci embrasserait l’ensemble des disciplines d’un champ aussi large que les sciences sociales, les sciences écologiques ou les sciences de l’atmosphère. Cela est remarquable dans le détail de chaque dimension (Boudes, 2010).

D’autre part, ces dimensions s’inscrivent non pas tant dans une référence à des disciplines qu’à des modalités de production scientifique. La dimension sociopolitique fait ainsi écho non pas aux seules sciences sociales, mais à un développement des recherches sur le climat et les trames vertes qu’il faut rapprocher des volontés politiques, collectives, voire culturelles, de mettre face à face les sociétés urbaines et leurs rapports à des formes de nature qui ont été ramenées récemment et rapidement sur le théâtre des préoccupations actuelles. La dimension technique et historique revient, de son coté, sur les processus qui ont conduit à l’avènement de ces préoccupations et à leur mise en œuvre et leur implémentation concrète. La dimension relative à la production de données et à la projection est sans doute celle où les canons de la science sont les plus visibles : la description, l’interprétation, la systématisation et la modélisation. Or, la plupart des disciplines œuvrent dans chacune de ces dimensions – ou pour le moins leur définition en tant que discipline scientifique leur permet de s’inscrire dans une société ou un mouvement culturel donné; d’accumuler et de déployer empiriquement leurs connaissances; de collecter, mesurer et produire des lois et des modèles.

De ces trois dimensions, nous détaillons ici celle qui nous paraît la plus à même de participer à la réflexion collective dans le cadre de ce volume : la production de données. Pour contribuer à une réflexion sur le renforcement de la résilience au changement climatique des villes, nous avons en effet préféré présenter la synthèse montrant, à différentes échelles urbaines, l’implication des végétaux dans certains phénomènes relatifs à ces modifications climatiques contemporaines.

3. Principales entrées relatives à la production de données et de projections concernant l’association entre climat et trame verte

Les trames vertes ne sont pas des objets scientifiques clairement identifiés : toutes les disciplines ne les reconnaissent pas – i.e. ne leur associe pas de définition – et leur définition varie selon les disciplines et parfois au sein d’une même discipline. Leur appropriation par les politiques urbaines et d’environnement ont, par ailleurs, achevé de complexifié leur appréhension en leur attribuant une visée normative annonçant, ce à quoi elles servent plutôt que ce qu’elles sont. Ceci est particulièrement visible dès le premier article sur les trames vertes du Code de l’Environnement (Légifrance, 2010) : « La trame verte et la trame bleue ont pour objectif d’enrayer la perte de biodiversité en participant à la préservation, à la gestion et à la remise en bon état des milieux nécessaires aux continuités écologiques, tout en prenant en compte les activités humaines, et notamment agricoles, en milieu rural ».

C’est donc une des caractéristiques de cette troisième dimension de l’association climat-trame verte que de ne pas parler de trame verte, mais de sa composante principale, le végétal, dès lors détachée d’une autre de ses composantes, la connexion entre végétaux et/ou groupes de végétaux. On trouve, par exemple, les dénominations suivantes dans les articles étudiés : « urban green areas » (Zoulia et al., 2008), « green in urban texture » (Dimoudi et Nikolopoulou, 2003), « mature trees » et « green cover » (Gill et al., 2007), « tree plantations » (Wende et al., 2010), « urban tree planting » (Akbari, 2002), « vegetated ground cover » (Tratalos et al., 2007), zones arborées et espèces spécifiques d’arbres (Georgi et Dimitriou, 2010). L’étude de Arrif et al. (2011) mentionne encore les termes de « green infrastructure » et de « green spaces ». La ville, quant à elle, diffère moins : il s’agit principalement du « built environment », avec parfois des précisions sur les villes étudiées (Athènes, Manchester, Miami, Phoenix...). Dans tous les cas, le résultat est le même : la température et/ou la composition atmosphérique d’un lieu donné est dépendante de la proportion de surface arborée et/ou végétalisée présente dans celui-ci.

Ceci nous amène aux cinq thématiques les plus remarquables dans la production de données concernant l’association entre climat et trame verte. Il s’agit, tout d’abord : 1) de l’îlot de chaleur urbain, lequel pourrait être considéré comme un domaine à part entière tant il mobilise de forces de recherche. Viennent ensuite : 2) les effets généraux des arbres sur la température, 3) le détail du rôle de l’évapotranspiration, 4) les effets sur le ruissellement, et 5) leur impact sur la pollution atmosphérique.

3.1. L’îlot de chaleur urbain (ICU)

L’ICU est le constat d’un écart de température de l’ordre de 5°C entre un centre urbain et une zone périphérique à un moment donné, généralement la nuit. De nombreux travaux ont désormais corroboré ce phénomène, dont des travaux français. Par exemple, Desplat et Kounkou-Arnaud (2010) précisent que, « en général, l’ICU […] augmente plus rapidement au coucher du soleil et atteint son maximum au milieu de la nuit. L’écart de température peut aller jusqu’à 10°C. Cet écart diminue au lever du soleil pour être minimum dans le milieu de l’après-midi. Il peut même s’inverser (l’air en campagne est plus chaud qu’en ville); c’est le cas, par exemple, en été au-dessus d’un champ sec et moissonné. ».

La particularité de la représentation de l’ICU est l’usage de la courbe en cloche, reprenant la température, à un (ou quelques) endroit(s) donné(s), tout au long d’une journée, ou le long d’une coupe spatiale à un (ou quelques) moment(s) donné(s) (figures 3 et 4). Il est notable que l’ICU soit étudié autant à l’échelle de l’agglomération urbaine qu’à celle du quartier : le nom d’ « îlot », en plus de symboliser la courbe elle-même, renvoie probablement autant au centre-ville qu’à des zones bâties spécifiques. Le rôle de la végétation est également diffus : elle peut autant jouer un rôle à proximité des zones d’étude qu’être considérée comme un facteur ayant une influence globale sur le système urbain (comme c’est le cas avec le scénario proposé par le groupe Descartes concernant le projet du Grand Paris : Lion 2010).

thumbnail Figure 3

Illustration de l’ICU en Ile-de-France : comparaison des températures du 12 août 2003 à Paris et à Wy-dit-Joli-Village (d’après Desplat et Kounkoun, 2010). Illustration of Urban Heat Island in Ile-de-France: temperatures comparison between Paris and Wy-dit-Joli-Village during august 12th 2003.

thumbnail Figure 4

Coupe schématique des températures en Ile-de-France pour une nuit de canicule du type de l’été 2003 (d’après Masson, 2010). Temperature schematic section in Ile-de-France for a hot summer night 2003.

Ainsi, en plus d’autres facteurs impactant l’ICU, dont la morphologie urbaine ou les matériaux servant à la construction du bâti (Bouyer et al., 2010), la végétation tient un rôle important pour l’adaptation urbaine aux phénomènes d’ICU. « Une conséquence directe de la présence des arbres est la diminution de la température de l’air et des surfaces proches. De nombreuses études mesurent cet écart dans des parcs urbains et le comparent à celui relevé dans les zones construites environnantes. Elles relèvent toutes une réduction de la température de l’air qui peut aller jusqu’à 5,9°C. Les résultats varient en fonction des conditions climatiques, de la taille des parcs et de la nature de la végétation. » (Musy, 2007).

Bien qu’une littérature spécifique sur l’ICU n’ait pas été ciblée, cet item s’est retrouvé à de nombreuses reprises dans les travaux étudiés. Les travaux proposent des énoncés relatifs à l’ICU en abordant, par exemple, « l’effet thermal de la végétation sur l’environnement urbain » (Dimoudi et Nikolopoulou, 2003), ou en expliquant que « l’augmentation de la végétation en zone urbaine peut être un moyen, efficace pour atténuer l’îlot de chaleur » (Georgi et Dimitriou, 2010). Les conclusions des travaux rejoignent aussi fréquemment la thématique de l’ICU, comme celles de Dimoudi et Nikolopoulou (2003) qui insistent autant sur l’amélioration générale du microclimat urbain par la végétation que sur les effets de celle-ci pour atténuer l’ICU – effets obtenus non pas en rafraichissant l’air (cooling the air) mais en le réchauffant moins. On peut encore citer Zoulia et al. (2008) pour une étude de cas à Athènes montrant que la température entre des zones vertes urbaines et des zones entourées de bâtiments (buildings) peut varier de 7°C ou plus pendant l’été, ou Dubreuil et al. (2008) reprenant les travaux du programme ECORURB et observant des écarts de plus de 5°C entre Rennes et la campagne alentour.

3.2. Les effets généraux des arbres

D’après ces travaux, plus les villes sont vertes, moins la température relevée est élevée. Plus précisément, sur une surface donnée, le taux de végétalisation à une incidence sur la température, comme cela est particulièrement remarquable dans la synthèse de Dimoudi et Nikolopoulou (2003; figure 5).

thumbnail Figure 5

Exemple de mise en relation de la température de l’air avec la proportion de surface arborée par une démarche de mécanique des fluides numérique (CFD); d’après Dimoudi et Nikolopoulou, 2003). Illustration of the relationship of air temperature with ratio of green/built area through CFD analyses.

Pour Wende et al. (2010), « les plantations d’arbre peuvent avoir un effet positif sur le bilan thermique des bâtiments ». Selon Akbari (2002), le fait de planter des arbres en ville peut permettre une réduction de 25% de l’utilisation d’énergie pour chauffer ou refroidir. Georgi et Dimitriou (2010) observent quant à eux une baisse moyenne de 3,1°C dans les zones arborées comparées aux zones non arborées. Ils citent d’autres études menées à Sacramento (pour une variation de 1,7 à 3,3°C) par Taha et al. (1998), à Miami avec 3,6°C (Parker, 1989) ou encore à Sacramento et Phoenix (3,3 à 5,6°C; Akbari et Taha, 1992). D’une manière similaire, Gill et al. (2007) proposent de modéliser une augmentation de 10% du végétal dans la ville de Manchester, une réduction de 10% de cette même végétation et un maintien exact de la végétation actuelle, ceci en suivant deux scénarios pour les années 2020, 2050 et 2080. Leurs modèles mettent là encore en évidence la contribution de la végétation au rafraichissement des villes.

Ce que nous avons appelé les effets « généraux » des arbres sont finalement ceux qui sont le plus souvent cités, sans pour autant être détaillés ni accompagnés d’études précises, à commencer par l’ombrage procuré par les arbres. On peut relever, par exemple, les références suivantes : Musy (2007) explique que « dans le cas de petites zones de végétation, l’effet de refroidissement est obtenu principalement par l’effet d’ombrage »; Akbari (2002) parle de bénéfices significatifs en terme de réduction de l’usage de l’air-conditionné permis par l’ombre des arbres; Dimoudi et Nikolopoulou (2003) mentionnent les « gains de la réduction de la chaleur solaire sur les fenêtres, les murs et les toits à travers l’ombrage », ou encore Gill et al. (2007) ou Georgi et Dimitriou (2010). Gianna (2001) évoque cette fois « le taux élevé d’absorption de la radiation solaire », radiation solaire également citée par Akbari et Taha (1992).

Wende et al. (2010) reviennent eux aussi sur ces phénomènes, qu’ils précisent de la sorte : « les arbres à feuillage caduc sont appropriés pour faire de l’ombre aux bâtiments en été et sont diaphanes aux rayons solaires en hiver ». Ils ajoutent, par ailleurs, qu’une « protection à l’exposition du vent peut être fournie par des plantations denses d’arbres à feuilles persistantes ». La référence à la protection du vent est également faite par Akbari (2002) qui nomme le rôle de « protection contre le vent (wind shielding) et de brise-vent (shelterbelt) », par Gianna (2001) qui évoque « la réduction de la vitesse du vent à proximité du sol » et par d’autres (dont Akbari et Taha, 1992).

Les schémas repris par Wende et al. (2010) illustrent ces propos (figures 6a et 6b) : l’abri du vent améliore le rendement thermique d’un logement, ce qui est utile l’hiver. L’été, au contraire, le vent est apprécié pour ses qualités rafraichissantes.

thumbnail Figure 6a

Perte de chaleur causée par l’effet du vent et par la position du bâtiment sur le terrain (Wende et al., 2010; DIFU et al. 1997). Heat loss due to the effect of wind and/or of the position of buildings in the terrain.

thumbnail Figure 6b

Illustration du contrôle de la direction du vent en fonction de la disposition et de la sélection des arbres (Wende et al., 2010; DIFU et al. 1997). Controlling wind direction by planting and positioning of the buildings?

La figure 6a présente des illustrations de perte de chaleur des bâtiments à cause de leur exposition au vent. Comme le précisent Wende et al. (2010) « Hilltops are less appropriate sites for new residential areas from the heating energy-saving point of view. Wind shaded positions can save about 50% of average heat energy needs ».

Selon Wende et al. (2010), « Tree plantations can have a positive effect on the heat balance sheet of buildings. Deciduous plants are appropriate for shading buildings in summer et are diaphanous to solar rays in winter. Protection from wind exposure can be provided by dense evergreen plantations ».

3.3. L’évapotranspiration

Le rôle de l’évapotranspiration a particulièrement retenu notre attention, pour deux raisons. Il est mentionné par de nombreuses études, sous des formes diverses, et une étude menée par Georgi et Dimitriou (2010) détaille avec clarté les mécanismes et les enjeux de l’évapotranspiration en étudiant plusieurs espèces d’arbres. Les études mentionnent le rôle du rafraichissement par l’évapotranspiration (« evaporative cooling »; Akbari, 2002; Gill et al., 2007), « la réduction de la température de l’air via la transpiration des végétaux » (Gianna, 2001), le rôle général de l’humidité de l’air (Akbari et Taha, 1992), ou plus spécifiquement « l’augmentation du refroidissement latent (latent cooling) par l’augmentation de l’humidité de l’air résultant de l’évapotransipration » (Dimoudi et Nikolopoulou, 2003).

L’étude de Georgi et Dimitriou (2010) a mis en évidence que, selon le taux d’évapotranspiration d’une espèce d’arbre, la température relevée à proximité diffère : plus le taux d’évapotranspiration est élevé, plus la température est basse (figure 7).

thumbnail Figure 7

Comparaison des taux d’évapotranspiration (ETO) de différentes espèces d’arbres avec la température (en °C) mesurée sous chaque arbre, à Chania (Crète), en juin 2005 (d’après Georgi et Dimitriou, 2010). Comparison of different tree species evapotranspiration rates with temperature (in °C) measured under each tree, in Chania (Creete), in June 2004.

D’après la figure 7, le relevé au pied d’un Ficus nitida marque une différence de température de plus de 4,5°C avec un sol pavé au soleil, et de plus de 3°C avec un sol pavé ombragé.

Pour être complet, il faut noter qu’une autre étude, celle de Dimoudi et Nikolopoulou (2003), n’avait pas trouvé d’écart entre espèces au taux d’évapotranspiration différents (« Replacing vegetation in the park with trees of different kind, i.e. tropical, with higher evapotranspiration rate, does not seem to have big effect (less than 0,5°C), for the same area, C1T et D1T cases »). Mais il s’agit ici de modèles alors que le travail de Georgi et Dimitriou (2010) est basé sur l’analyse de données recueillies in situ.

3.4. Le ruissellement de surface

Un autre effet de la végétation en ville est l’absorption des eaux de pluies, permettant d’éviter ainsi un trop gros volume du ruissellement en surface (run-off). Ainsi, l’étude menée sur Manchester par Gill et al. (2007), si elle prévoit une augmentation des précipitations dans les décennies à venir, prend en compte la capacité de drainage et d’absorption des zones arborées. Celles-ci seront assez peu efficaces comparées à l’augmentation des précipitations, mais peuvent servir de zone de drainage spécifique (Gill et al., 2007). Leur analyse permet d’estimer le potentiel de réduction des écoulements de surface par les espaces verts et en fonction du type urbain. Ainsi, les auteurs préconisent de favoriser les toitures végétalisées pour prévenir les ruissellements dans les centres-villes, c’est-à-dire là où ce ruissellement est le plus élevé et où l’implantation de zones vertes est la plus complexe.

L’étude de Tratalos et al., (2007) propose un constat similaire. Dans leur cas, une forte corrélation positive de la densité de population (en fait, l’ « adress density ») existe avec le ruissellement et la température maximale. Au contraire, dans les zones de maisons mitoyennes et semi-mitoyennes (detached/semi-detached housing), le ruissellement est bien plus faible, ceci étant probablement dû à l’augmentation du taux de végétation de ces surfaces. En somme, comme le résument Gill et al. (2007), l’environnement urbain a des dispositions biophysiques particulières, dont un échange d’énergie modifié entrainant des ICU et des changements dans l’hydrologie qui augmentent les surfaces de ruissellement. C’est notamment le type de surface des aires urbaines qui est en cause, en particulier le manque de végétation. Dans le cas de Manchester, l’étude de la température et du ruissellement avec des scénarios climatiques montre l’importance de la végétation comme stratégie d’adaptation. Par ailleurs, Sailor (1997) ou Mansfield et al. (2002) soulignent les économies réalisées par l’ensemble des performances écologiques de la végétation, y compris l’économie d’infrastructures de gestion du ruissellement des eaux.

3.5. Les pollutions et le stockage de CO2

Les travaux sur les pollutions et la qualité de l’air ont été plus délicats à aborder à cause de leur complexité. Le CO2 et les PM10 (particules en suspension dans l’air dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres) paraissent les plus étudiés – peut-être car les plus préoccupants ? « With elevated temperatures et CO2 concentrations relative to surrounding rural areas », écrivent par exemple Idso et al. (2001) en conclusion de leur étude sur la ville de Phoenix, « large metropolitan complexes may be valuable analogues of both global warming et atmospheric CO2 enrichment. » (figure 8). Si l’on tient compte également d’autres prévisions, dont celles de Falkowski et al. (2000) prévoyant le doublement de la concentration de CO2 dans 100 ans ou moins (cité par Igamberdiev et Lea, 2006), ces études sont dès lors tout à fait pertinentes. D’autant plus qu’elles proposent deux types de constats. D’une part, certaines expliquent que l’augmentation de la concentration de CO2 va poser problème, notamment parce qu’aucun processus naturel ne pourra compenser cette augmentation. Qui plus est, la température allant en augmentant, surtout dans les zones urbaines où les pollutions sont les plus fortes, elle va favoriser la pollution de l’air, « because of its effect, particularly in summer, on emission of biogenic ozone precursors et its influence on chemical reaction rates » (Athanassiadou et al., 2010). Car les arbres aussi contribuent à la production de particules, dont l’ozone et le pollen qui peuvent poser problème (Beckett et al., 1998). Parce que des changements de direction des vents sont à prévoir pour les décennies à venir, il faudrait aussi en prévoir les impacts sur les zones de pollutions.

thumbnail Figure 8

Une représentation de la pollution urbaine proche de celle de l’îlot de chaleur : concentration de CO2 à Phœnix (États-Unis d’Amérique), en janvier 2000, le long d’un transept Sud-Nord, les jours de semaine (en haut) et les week-ends (en bas). Les noms des lieux en abscisse divise le transept en quatre segments de longueur égale (d’après Idso et al., 2000). Heat island-like urban pollution representation: CO2 concentration in Phoenix (USA), during weekdays (top) and weekend (down) of January 2000, on a South-North transect. The named locations along the abscissa divide the route into four equal-length segments.

D’autre part, les végétaux sont des canalisateurs de polluants, voire plus. Leur rôle pour l’équilibre atmosphérique invite à favoriser leur déploiement en ville. D’abord, leur mécanisme de photo-respiration a toujours joué un rôle important pour la régulation des concentrations des gaz O2 et CO2 dans l’atmosphère (« the established atmospheric O2/CO2 ratio was coincident with the rates of evolution of land plants »; Igamberdiev et Lea, 2006).

Akbari (2002) se réfère à une étude de Nowak (1994) qui a proposé l’estimation suivante : « Nowak has performed an analysis of carbon sequestration by individual trees as a function of tree diameter measured at breast height (dbh). He estimates that an average tree with a dbh of 31-46 cm (about 50 m² in crown area) sequesters carbon at a rate of 19 kg/year. ». De son coté, Akbari (2002) s’est également plié à ce jeu d’estimation, en proposant un résultat différent, revu à la baisse. Il estime « an average of about 4.5 kg/year over the life of a tree until its crown has grown to about 50 m². Data indicate that as trees grow, the rate of sequestration increases. The average sequestration rate for a 50 m² tree was estimated at about 11 kg/year » (Akbari, 2002).

La réduction d’autres formes de pollution, à commencer par les particules inférieures à 10 micromètres (PM10) et les dépôts secs, vient s’ajouter aux qualités des arbres en villes. D’après Akbari (2002), « Trees also improve urban air quality by lowering the ambient temperature and hence reducing the formation of urban smog, and by dry deposition to absorb directly gaseous pollutants and PM10 from the air. ». Une explication de ces liens entre arbres et pollution est détaillée par Beckett et al. (1998) : « High rates of transpiration, in addition to shading and pollutant uptake effects, are also a factor in the reduction of localised particulate concentrations by lowering urban air temperature. ». L’auteur cite alors Moll (1996), puis Fritschen et Edmonds (1976) : « Moll (1996) states that 12% of air-pollution problems in cities are attributable to UHI effects. This is due to the temperature-dependent formation of many pollutants, such as VOCs [composés organiques volatils] and O34 and the dynamics of particulate dispersal. With regard to the latter, Fritschen and Edmonds (1976) found that the temperature inversions created by woodland canopies effectively allows particles to permeate for miles within the woodland, escaping in plumes form canopy gaps and boundaries with water or bare ground ».

En France, les travaux de Wania (2007) ont contribué à l’approfondissement des liens entre les trames d’arbres en ville et les dispersions de polluants. Les simulations microclimatiques qu’elle a pu effectuer ont notamment montré l’inhibition de la ventilation par des arbres dans des rues et conduit à réévaluer les fonctions de la végétation en ville – sans toutefois traiter directement des éléments climatiques. D’autres travaux sont en cours sur l’observation des polluants urbains à Strasbourg où un réseau d’instruments de mesure a été mis en place, complété par une analyse de mesures satellitaires (Ung et al., 2003; Beaulant et al., 2008).

Conclusion

Cet article présente une partie des recherches menées par le programme CCTV ciblant la production scientifique sur les liens entre climat et trames vertes urbaines. Les résultats montrent l’intérêt croissant porté par les chercheurs pour ces thématiques et la pluralité des enjeux et dimensions de cette association. En revenant sur la production de données, nous avons certainement surreprésenté les bénéfices apportés par la végétation urbaine, notamment la réduction générale de la température et, plus précisément, le fait que la végétation permet une moindre élévation thermique, notamment par l’ombre qu’elle apporte, par le vent qu’elle freine ou qu’elle laisse passer, par l’évapotranspiration. Ses qualités de contribution à l’absorption des ruissellements et, par d’autres mécanismes, des polluants, sont également rappelées.

En plus des impacts sur le bien-être urbain et sur les systèmes écologiques démontrés par ailleurs (Boudes, 2010), mais encore sur la production alimentaire (Darrot et Boudes, 2011) voire sur la production culturelle (Boudes, 2011), la végétation contribue et peut contribuer davantage à l’adaptation urbaine aux changements climatiques. Qui plus est, comme l’indiquent certains auteurs, par le fait même d’être présente à un endroit donné en ville, la végétation, sous n’importe qu’elle forme, prend la place de structures qui non seulement ne possèderaient pas ses vertus, mais qui en plus contribueraient sans doute à l’accumulation de chaleur et au renforcement des écarts de température (Whitford et al., 2001; Gill et al., 2007).

Il n’en reste pas moins vrai que la végétation urbaine génère également des problèmes, dont les plus connus sont la participation aux processus de fabrication d’ozone, et le déploiement de pollens pouvant causer des réactions allergiques chez certaines personnes. Il faut également rappeler que la végétation urbaine – quand bien même elle se compose d’espèces exotiques – subira elle aussi les impacts des évolutions climatiques à venir. La répartition géographique des espèces devrait se modifier, d’où l’intérêt des études ciblant des espèces particulières.

Si d’ailleurs les modèles atmosphériques font une part croissante aux effets de la végétation en ville, et ceci à toutes les échelles, il faut que l’ensemble des disciplines contribue à l’étude des phénomènes où atmosphère, végétation et zones urbaines sont impliquées. Une suite au programme CCTV prendra justement la forme de confrontations et collaborations interdisciplinaires, approfondissant ainsi quelques-uns des résultats synthétisés ici.

Remerciements

Remerciements : L’auteur a bénéficié du financement du programme « Changement Climatique et Trames Vertes Urbaine » (CCTV) porté par le GIS Climat Environnement & Société (www.gisclimat.fr) et de la collaboration de l’ANR Trames Vertes Urbaines (www.trameverteurbaine.com), sans lesquels ce travail n’aurait pu être mené.


1

Ce découpage est celui du Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement du troisième gouvernement Fillon, existant depuis le 14 novembre 2010 jusqu'à la date de rédaction de cet article en juin 2011. Cf. notamment le site du ministère (http://www.developpement-durable.gouv.fr/) et le lien vers son organigramme (http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Organigramme_Ministere.pdf).

2

Ce texte a notamment bénéficié d’une réflexion menée avec A. Sourdril (Ladyss-CNRS) dans la continuité du programme de recherche CCTV2 que nous codirigeons.

3

L'ensemble des productions analysées est repris dans Boudes (2010) qui compte plus de 120 références.

4

Les auteurs renvoient à Nowak et al., 1997.

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Liste des tableaux

Table 1

Approche transversale du climat et des trames vertes. Transversal approach of climate and greenways.

Liste des figures

thumbnail Figure 1

Évolution du nombre d’articles associant les termes greenway et climate dans la base Science Direct, entre 1979 et 2009. La base 1 comptabilise les articles comprenant les descripteurs « climate » et « greenway » dans tout le texte; la base 2 comptabilise les articles comprenant le descripteur « climate » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et le descripteur «greenway » dans le texte; la base 3 comptabilise les articles comprenant le descripteur « greenway » dans le titre, le résumé et/ou les mots-clés et le descripteur « climate » dans le texte. Evolution of the number of articles linking “greenway” and “climate” in the database Science Direct from 1979 to 2009. Base 1 accounts articles including “climate” and “greenway” descriptors in all the text; base 2 accounts articles including “climate” in the title, abstract and/or keywords and “greenway” in all the text; base 3 accounts articles including “greenway” in the title, abstract and/or keywords and “climate” in all the text.

Dans le texte
thumbnail Figure 2

Proportion d’articles contenant les occurrences « greenway » et « climate » (base 1) dans l’ensemble des articles contenant les occurrences « greenway » d’une part, « climate » d’autre part, pour la base Science Direct, entre 1979 et 2009. Proportion of articles with occurrences “greenway” and “climate” (base 1) among all the articles containing the occurrence “greenway” on the one hand, “climate” on the other hand, for the Science Direct database, between 1979 and 2009. Nota : Pour des raisons de lisibilité, les proportions d’articles comprenant climate et greenway parmi l’ensemble des articles comprenant climate sont exprimés en pourcentage (trait discontinu aux valeurs proches de zéro) et en pour 2 000 (trait plein).

Dans le texte
thumbnail Figure 3

Illustration de l’ICU en Ile-de-France : comparaison des températures du 12 août 2003 à Paris et à Wy-dit-Joli-Village (d’après Desplat et Kounkoun, 2010). Illustration of Urban Heat Island in Ile-de-France: temperatures comparison between Paris and Wy-dit-Joli-Village during august 12th 2003.

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thumbnail Figure 4

Coupe schématique des températures en Ile-de-France pour une nuit de canicule du type de l’été 2003 (d’après Masson, 2010). Temperature schematic section in Ile-de-France for a hot summer night 2003.

Dans le texte
thumbnail Figure 5

Exemple de mise en relation de la température de l’air avec la proportion de surface arborée par une démarche de mécanique des fluides numérique (CFD); d’après Dimoudi et Nikolopoulou, 2003). Illustration of the relationship of air temperature with ratio of green/built area through CFD analyses.

Dans le texte
thumbnail Figure 6a

Perte de chaleur causée par l’effet du vent et par la position du bâtiment sur le terrain (Wende et al., 2010; DIFU et al. 1997). Heat loss due to the effect of wind and/or of the position of buildings in the terrain.

Dans le texte
thumbnail Figure 6b

Illustration du contrôle de la direction du vent en fonction de la disposition et de la sélection des arbres (Wende et al., 2010; DIFU et al. 1997). Controlling wind direction by planting and positioning of the buildings?

Dans le texte
thumbnail Figure 7

Comparaison des taux d’évapotranspiration (ETO) de différentes espèces d’arbres avec la température (en °C) mesurée sous chaque arbre, à Chania (Crète), en juin 2005 (d’après Georgi et Dimitriou, 2010). Comparison of different tree species evapotranspiration rates with temperature (in °C) measured under each tree, in Chania (Creete), in June 2004.

Dans le texte
thumbnail Figure 8

Une représentation de la pollution urbaine proche de celle de l’îlot de chaleur : concentration de CO2 à Phœnix (États-Unis d’Amérique), en janvier 2000, le long d’un transept Sud-Nord, les jours de semaine (en haut) et les week-ends (en bas). Les noms des lieux en abscisse divise le transept en quatre segments de longueur égale (d’après Idso et al., 2000). Heat island-like urban pollution representation: CO2 concentration in Phoenix (USA), during weekdays (top) and weekend (down) of January 2000, on a South-North transect. The named locations along the abscissa divide the route into four equal-length segments.

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