Thibaut FILLIOL
Mémoire de Master 1
Année universitaire 2014-2015
Mise au point d'une méthode de mesure des
indices de confort Etude menée sur la ville de
Strasbourg
Université de Strasbourg
Faculté de Géographie et
d'aménagement du territoire Master Géographie
environnementale
Sous la direction de : Georges Najjar & Pierre Kastendeuch
Autres membres du jury : Christophe Enaux (responsable du Master)
et Pascal Handschumacher
2
Remerciements
Pour commencer, je tenais à adresser mes remerciements au
directeur du laboratoire ICUBE, Mr. Michel de Mathelin, sans qui ce travail de
mémoire n'aurait pu avoir lieu.
Je remercie également mes deux maîtres de stage, Mr.
Georges Najjar et Mr. Pierre Kastendeuch, pour leur aide précieuse et
leur implication dans le travail mené, ainsi que toute l'équipe
TRIO du laboratoire ICUBE, plus particulièrement Mr. Raphael Luhahe et
Mr. Jérôme Colin.
Mention spéciale à notre « couteau suisse
», Mr. Francis Bruckmann, notamment pour la construction du dispositif de
mesures mobiles.
J'adresse également mes remerciements à Nathalia
Phillips, camarade de M2, pour son aide à la fois sur le terrain et en
dehors. Cela a rendu l'élaboration du mémoire plus conviviale.
Enfin, je remercie tous les étudiants de Licence 3 ayant
participé aux premières mesures de ce travail, ainsi qu'à
ma famille et à mes amis pour leurs précieuses relectures.
3
Résumé - Abstract
Dans un contexte actuel d'urbanisation croissante et de
changement climatique, le confort thermique apparait comme une des clés
prenant de plus en plus d'importance au sein des espaces urbains et publics.
Cette problématique s'établit dans le cadre de la climatologie
urbaine, qui a d'ores et déjà permis d'isoler la
végétation comme un facteur bénéfique non
négligeable pour lutter contre les fortes chaleurs en
agglomération. Mais qu'en est-il des espaces aquatiques encore trop peu
exploités ou de la morphologie urbaine ? La bioclimatologie suscite un
intérêt récent, essentiellement depuis
l'évènement caniculaire de 2003. Elle s'intéresse
notamment aux interactions homme/climat par l'intermédiaire d'indices de
confort. Ces indices nécessitent l'acquisition de nombreux appareils de
mesure et d'une stratégie expérimentale précise, mise au
point dans ce travail, mais malheureusement trop peu présente au sein de
la littérature scientifique.
Mots-clés : climatologie urbaine, indices de confort,
confort thermique, méthodologie expérimentale.
In a current situation of growing urbanization and climate
change, the thermal comfort appears as one of the keys taking more and more
importance within urban and public spaces. This problematic settles in the
context of urban climatology which in already allowed to insulate the
vegetation as a significal beneficial factor to strive against heavy heats in
agglomeration. But what about aquatic spaces often too unexploited or urban
morphology ? This yet recent field that is the bioclimatology especially takes
interest in the interactions between the mankind and the climate through
comfort index. These indexes requires the aquisition of many measuring devices
thus a precise experimental strategy issue in this work, but unfortunately too
often absent in the scientifical literature.
Keywords : urban climatology, comfort index, thermal comfort,
experimental methodology.
Table des matières
Remerciements
Résumé - Abstract
Table des matières
Introduction
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2
3
4
6
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I.
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Connaissances actuelles et état de l'art
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8
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1. Climat urbain, bioclimatologie humaine et indices de confort
associés
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8
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1.1. Les caractéristiques du climat urbain
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8
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A. Au niveau des températures : îlot de chaleur
urbain
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8
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A.1. Définition
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8
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A.2. Les facteurs qui influencent l'îlot de chaleur urbain
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B. Au niveau des autres paramètres climatiques
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10
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B.1. Le vent
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10
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B.2. Les précipitations et l'humidité relative
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11
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C. Le rôle de la végétation sur l'ambiance
thermique urbaine
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11
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1.2. La bioclimatologie humaine et le confort thermique
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12
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A. Définitions et généralités
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12
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B. Les indices de confort humain
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B.1. Les indices simples
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a. ET - Effective temperature (Houghten & Yagloglou, 1923)
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14
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b. HI - Heat index (Steadman, 1979)
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15
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c. Humidex (Masterson & Richardson, 1979)
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16
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i. Calcul du point de rosée
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16
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d. WBGT - Wet bulb globe temperature (1956)
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B.2. Les indices rationnels
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a. PET - Physiological equivalent temperature (Höppe, 1999)
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19
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b. UTCI - Universal thermal climate index
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i. Température moyenne radiante (Tmrt)
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20
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B.3. Comparaison entre les deux sortes d'indice (de Blazejczyk
& al., 2010)
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21
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II.
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Matériel et méthodologie expérimentale
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1. Le dispositif de mesure : mesures mobiles
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23
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1.1. Les charrettes
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1.2. Procédure de mesure
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2.
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Appareillage des charrettes
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2.1. Température de l'air et humidité
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25
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4
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5
2.2. Température ambiante : globe gris et globe noir 26
A. Comparaison des deux globes et de Tmrt 27
2.3. Rayonnement net 33
2.4. Vitesse et direction du vent 34
A. Analyse de l'influence du vent sur les indices ET et UTCI
35
3. Comparaison des charrettes 38
4. Stratégie expérimentale de mesure 41
4.1. Influence de la végétation 42
A. Jardin de l'université et campus de l'Esplanade 42
4.2. Influence de la végétation et de l'eau 44
A. Gallia - République - Broglie 44
B. Place Kléber et environs 47
C. Place de la Cathédrale 51
D. Malraux - Rive étoile 52
4.3. Influence de la morphologie urbaine 54
A. Rues de Sellenick et du Général Rapp 54
III. Difficultés rencontrées, résultats
et perspectives 55
1. Difficultés rencontrées 55
2. Résultats et perspectives 56
Conclusion 61
Bibliographie 63
1. Références citées dans le texte 63
2. Sites internet & fiches techniques 65
3. Lectures complémentaires 66
Annexes 68
6
Introduction
Le climat exerce une dépendance plus ou moins forte sur
les activités humaines et ceci à toutes les échelles. Les
conditions climatiques ont donc toujours été une des conditions
essentielles à l'implantation de l'homme, bien qu'elles ne soient pas
les seules responsables et le confort thermique apparaît alors comme une
des composantes principales du développement de l'homme et des
sociétés.
Aujourd'hui, l'urbanisation dans le monde atteint plus de 50%
et celle-ci provoque un rassemblement toujours plus important des populations
au sein des villes (Najjar, 2014). Ceci se traduit par un accroissement
exponentiel des villes et l'implantation d'un climat urbain de plus en plus
marqué, le tout, sous le signe menaçant du changement
climatique.
Le comité d'experts en biométéorologie de
la société allemande météorologique a défini
le « climat urbain idéal » comme un état de
l'atmosphère (d'un point de vue spatial et temporel) où les
structures urbaines contiennent le plus petit taux de polluants d'origine
anthropique. La variété de microclimats urbains doit
bénéficier à la population urbaine, tout en évitant
les conditions extrêmes. Bien entendu, ce « climat urbain
idéal » ne peut pas réellement être atteint. (Mayer,
1993)
Le corps humain et la santé humaine dépendent
sensiblement du climat qui régit les zones urbaines. Ce bien être
et ce confort dépend de plusieurs facteurs, dont un est l'état de
l'environnement thermique (Freitas & al., 2014). Ce dernier est
sujet à de nombreux paramètres climatiques, physiologiques et
culturels, ajoutant un aspect subjectif à l'estimation du confort
thermique.
Cet environnement thermique est depuis longtemps sujet
à de nombreuses études, essentiellement au niveau des espaces
intérieurs. En revanche, peu de scientifiques s'intéressent
aujourd'hui à la question du confort thermique extérieur. En ce
sens, la bioclimatologie est la science qui permet de faire le lien entre
climat et êtres vivants, dont l'homme, qui nous intéresse plus
particulièrement.
Si cette discipline connait depuis quelques années un
essor significatif dans les pays du Nord comme l'Allemagne, la Pologne ou la
Suède, la France fait encore aujourd'hui figure « d'amateur »
en ce qui concerne la question du confort thermique extérieur.
Très peu d'études ont en effet été entreprises,
hormis à Paris, sous la direction de Météo-France, ou
à Toulouse. Ces études sont restées cependant très
rudimentaires.
Le travail qui est menée pour ce mémoire est
donc tout à fait original et novateur. Il reste cependant exploratoire,
du fait du caractère nouveau dont il fait preuve. Celui-ci s'articule
cependant parfaitement aux études de climatologie urbaines menées
au sein de la ville de Strasbourg. Il conviendra donc de préciser les
principales caractéristiques climatiques de cette ville.
7
Peuplée d'environ 274 000 habitants (intra-muros), elle
se situe au Nord Est de la France, non loin de la frontière allemande.
Elle bénéficie de conditions climatiques assez
particulières. En effet, son climat est de type océanique
dégradé (selon la classification de Köppen) et
possède essentiellement les caractéristiques du climat
continental, apportant des hivers plutôt froids et des étés
très chauds. Située en cuvette entre deux massifs montagneux (les
Vosges et la Forêt-Noire), la ville est relativement peu exposée
aux vents, ce qui permet notamment aux températures de grimper assez
fortement en période estivale.
Outre l'aspect purement climatique, Strasbourg est une des
villes françaises les plus « vertes ». En effet, elle est
parsemée de nombreux parcs, bandes vertes ou autres parcelles
végétatives, pouvant potentiellement améliorer l'ambiance
thermique urbaine.
Le but des mesures entreprises sur les différents sites
choisis consistera à évaluer le confort thermique au travers
d'indices de confort. Ces estimations permettront également d'analyser
le rôle de la végétation au sein de la ville de Strasbourg,
mais aussi de l'eau, ainsi que de la morphologie urbaine.
Pour arriver à cette évaluation, il semble
essentiel d'établir une méthodologie expérimentale
précise et claire. C'est à travers cet aspect nécessaire
qu'une méthode de mesure sur les indices de confort sera mise au point
au cours de ce travail de mémoire.
La première étape consistera à bien
cerner les spécificités du climat urbain, afin de bien comprendre
les processus en jeux, pouvant influencer le confort thermique. Les indices
climatiques retenus seront également expliqués au sein de cette
première partie, ces derniers permettant de traduire cette notion
subjective qu'est le confort thermique.
La deuxième partie visera à détailler de
manière précise le dispositif de mesures, qui permettra notamment
de recueillir l'ensemble des paramètres climatiques destinés au
calcul de ces différents indices. La stratégie
expérimentale sera également mise en avant, afin de bien cerner
les objectifs de l'étude.
Enfin, la troisième partie exposera de manière
rapide les principaux résultats obtenus, mais surtout les perspectives
qui pourront être apportées à l'ensemble de cette
méthode pour les années suivantes, afin d'en améliorer la
fiabilité et la précision.
8
I. Connaissances actuelles et état de l'art
1. Climat urbain, bioclimatologie humaine et indices de
confort associés
N.B : les principaux thèmes évoqués dans
cette partie seront traités de manière assez large. Il conviendra
de se référer au mémoire de Master 2 de Nathalia Philipps
pour plus de précisions.
1.1. Les caractéristiques du climat urbain
La climatologie urbaine est une discipline qui se
développe depuis les années 1950, sous l'aile d'un des
pères fondateurs du domaine en question, notamment sur la question de
l'îlot de chaleur urbain, à savoir T.R Oke.
Cette discipline a pris au fil des années une plus
grande ampleur, notamment en raison de l'accroissement de l'urbanisation et les
questions soulevées par le changement climatique et l'adaptation des
villes. En effet, en 2007, l'urbanisation a franchi la barre symbolique des 50%
(selon un rapport publié par le FNUP1). De plus, la
population urbaine se concentre sur une étendue très faible
(moins de 5% de la surface continentale selon les spécialistes) et
très fortement aménagée, ce qui renforce les
spécificités du climat urbain.
Ce dernier se différencie d'ailleurs nettement du
climat en zone rurale et les relations qui lient la bioclimatologie et la
climatologie urbaine nécessitent en ce sens une bonne
compréhension des spécificités climatiques de l'espace
urbain lui-même.
A. Au niveau des températures : îlot de
chaleur urbain
A.1. Définition
La notion d'îlot de chaleur urbain a été
mise en évidence par L. Howard en 1833. Basé sur la
représentation graphique des isothermes, il représente
l'écart instantané de température entre une
référence urbaine et une référence rurale (Najjar,
2014).
Abrévié ICU en France, (« UHI » en
anglais pour « Urbain Heat island »), son profil dépend de
beaucoup de facteurs, qu'ils soient d'ordre climatique ou anthropique,
notamment dans la manière d'aménager la ville (Figure
1).
Ces écarts sont de l'ordre de 2°C en moyenne sur
toute l'année, en faveur de la ville. Ces derniers peuvent d'ailleurs
être bien plus importants lorsque les conditions d'apparitions sont
optimales, jusqu'à +8°C en ville par rapport à la zone
rurale (écart mesuré à Strasbourg en Août 2008).
1 Fondation des Nations Unies pour la Population.
Figure 1 : profil d'un îlot de chaleur urbain et
écarts observés
9
A.2. Les facteurs qui influencent l'îlot de
chaleur urbain
Pour que ce phénomène apparaisse, il est
nécessaire que plusieurs conditions soient réunies
(annexes 1 et 2).
Outre la situation géographique et le climat
général de la zone en question, l'ICU ne peut se former que si la
vitesse du vent est faible, à savoir inférieure à 3 m/s,
au niveau de ce qu'on appelle un dôme urbain. Ce dernier
élément se différencie notamment du panache urbain,
processus se mettant en place lorsque le vent est supérieur à ces
3m/s (Figure 2).
Figure 2 : dôme urbain (haut) et panache urbain
(bas) Source :
http://www.metlink.org
10
En plus de la vitesse du vent, la nébulosité
doit être suffisamment faible pour laisser passer un maximum de
rayonnement le jour et permettre ainsi à la ville de se
réchauffer.
La saison la plus propice à la formation de L'ICU est
donc inévitablement la saison estivale, où on peut observer le
maximum de rayonnement durant la journée. En revanche, c'est bien la
nuit que l'expression de ce phénomène prend tout son sens.
En milieu rural, l'accumulation diurne est moins forte
à cause de la diminution des espaces artificiels, ainsi que par la
présence de végétation qui renforce le flux de chaleur
latente. (Dubreuil & al., 2008).
La ville est quant à elle recouverte de zones
principalement minérales et imperméables, possédant un
albédo2 important. La chaleur a alors tendance à
s'emmagasiner dans les différents matériaux qui composent la
ville tout au long de la journée (Aida et Gotoh, 1982). La nuit, la
chaleur emmagasinée est restituée à l'atmosphère
urbaine, essentiellement sous forme de chaleur sensible, notamment grâce
au phénomène de conduction thermique, ce qui contribue à
ralentir le refroidissement d'une part.
D'autre part, la morphologie urbaine et la
géométrie des rues, qu'on appelle aussi « canyon urbain
», permet également de limiter le refroidissement de la ville. La
nuit, le rayonnement infrarouge a du mal à s'échapper en raison
de la morphologie urbaine. Ceci est d'autant plus vrai que les rues sont
étroites et hautes, d'où la notion du rapport H/W3
introduit par Oke en 1987. Le taux optimal est fixé aux alentours de 1
et permet un bon apport de chaleur la journée, mais également un
bon refroidissement nocturne.
La fonction de la ville possède également son
importance. Une agglomération à tendance commerciale et tertiaire
sera sujette à exercer une influence moindre sur l'ICU qu'une ville
industrielle, en raison des nombreux rejets pouvant réchauffer la couche
limite urbaine. On observe également un effet de proportionnalité
entre les écarts ville/campagne et la taille de cette dernière,
provoquant une importance supérieure de l'ICU.
Les vagues de chaleur et notamment celle de 2003 a
révélé un impact sanitaire plus élevé dans
les villes que dans leurs régions respectives, notamment sur les
personnes âgées. Cette différence s'explique par ce
phénomène d'îlot de chaleur urbain et ce dernier n'est donc
pas à prendre à la légère (Soares et al.,
2010).
B. Au niveau des autres paramètres
climatiques
B.1. Le vent
Le vent est un paramètre difficile à estimer en
ville, que ce soit pour sa vitesse ou sa direction. La complexité de la
morphologie urbaine empêche ce dernier de pouvoir s'écouler de
manière régulière, celui-ci soufflant
préférentiellement en rafales. La rugosité de la surface
crée également de nombreuses perturbations prenant la forme de
contre-courants, de rotors et autres tourbillons (Kastendeuch, 2015).
2 Pouvoir réfléchissant d'une
surface.
3 Hauteur de rue/largeur de rue (en mètres).
11
On estime que le vent diminue en moyenne de 30% par rapport
à sa zone rurale proche, ce qui contribue à favoriser l'ICU.
Les difficultés pour mesurer ce paramètre
climatique ont notamment été visibles lors de nos mesures sur le
terrain, comme expliqué en deuxième partie.
B.2. Les précipitations et l'humidité
relative
La ville est en moyenne plus sèche de 2% par rapport
à la campagne (en humidité relative), notamment à cause de
son déficit en végétation. Cependant, ce paramètre
varie au cours de l'année et on peut observer une plus grande
humidité en ville durant l'hiver, sa capacité
hygrométrique étant plus élevée du fait des
températures supérieures.
Les précipitations sont quant à elles
généralement plus importantes en ville par rapport à la
campagne, même si ceci n'a pas été démontré
de manière globale.
On constate également une augmentation des
phénomènes orageux, du fait de la plus forte convection de l'air
apportée par les surfaces plus chaudes (Kastendeuch, 2014).
C. Le rôle de la végétation sur
l'ambiance thermique urbaine
Plusieurs articles ont démontré que le
problème de l'îlot de chaleur urbain s'est accentué
à cause de la réduction de la densité des espaces verts
(Gauthiez, 2003). Il apparaît assez clairement que la
végétation permet de rafraîchir localement l'ambiance
thermique et de la rendre de ce fait plus confortable, essentiellement en
période de chaleur intense. Des études ont montré qu'un
parc était en moyenne plus frais de 0,94°C que la ville (Bowler,
2010). Mieux que cela, s'il est suffisamment grand, il peut exercer une
influence sur les canyons urbains alentours et pourrait donc diminuer les
écarts entre zone urbaine et zone rurale. Par exemple, dans la ville de
Taipei, il a été observé que les parcs de plus de 3
hectares étaient généralement plus frais que les espaces
urbains alentours, tandis que les différences de température
étaient plus variables pour les parcs de moins de 3 ha. Selon la
même étude, on sait que le pourcentage d'arbres et d'arbustes
expliquent les différences de température entre les parcs et
leurs alentours et ce n'est pas seulement du à l'ombre portée par
les arbres (Chang et al., 2007).
Le type d'essence végétal au sein même
d'une zone végétalisée a une influence sur le comportement
des températures. En revanche, on recense également certains
aspects souvent mal renseignés. Il existe en effet des espèces
d'arbres étant néfastes et qui contribuent même à
l'amplification de l'ICU. C'est notamment le cas du saule pleureur, ce dernier
émettant de grandes quantités d'hydrocarbures qui, lorsqu'ils
sont combinés avec des oxydes d'azote (gaz d'échappement),
peuvent créer un smog d'ozone lors des journées
ensoleillées (Chameides et al., 1988 ; Gillespie & Brown,
2007). A l'inverse, l'érable à sucre n'émet que de
très petites quantités et ne contribuent donc pas à la
pollution de l'air.
12
C'est donc un véritable travail interdisciplinaire que
doit mener climatologues, urbanistes et écologues, afin d'organiser au
mieux le territoire en tenant compte de toutes ces
spécificités.
L'influence du climat urbain et les paramètres qui
l'expliquent jouent donc un rôle important sur le confort thermique
ressenti par les individus. Un confort recherché de plus en plus par la
population, essentiellement en période de fortes chaleurs. C'est dans le
but de comprendre les interactions entre corps humain et climat que la
bioclimatologie s'est développée, ainsi que la multitude
d'indices de confort qui tentent de traduire cette notion subjective.
1.1. La bioclimatologie humaine et le confort thermique
A. Définitions et
généralités
L'appellation « bioclimatologie humaine » a
été officialisée en France à partir de 1960, bien
qu'elle ait fait l'objet de premières applications bien avant cela.
D'un point de vue général, la bioclimatologie
peut se définir comme « l'étude de l'influence du climat sur
les êtres vivants et de l'influence réciproque de ceux-ci sur le
climat » (De Backer, 1953). Notre étude étant portée
sur la bioclimatologie humaine, nous nous intéresserons
spécifiquement à l'étude du climat sur l'homme.
Etudiée d'abord par les médecins
français, cette discipline a ensuite fait l'objet d'une
interdisciplinarité très forte et essentielle dans la
compréhension des phénomènes y étant reliés.
Aujourd'hui, la bioclimatologie recense plusieurs domaines d'études tels
que la physiologie, l'écologie ou encore la thermodynamique.
Outre les aspects physiques et purement scientifiques, la
bioclimatologie fait aussi part d'une certaines subjectivité, à
travers notamment l'aspect culturel non négligeable. Si les
réactions du corps humain face au climat sont connues et uniformes entre
les individus à la surface du globe, la capacité d'adaptation et
la culture des différents peuples exercent une réponse
différente sur le confort thermique ressenti. C'est cette
partialité qui fait de la bioclimatologie humaine une science à
part, entre biologie, physique et particularités sociales et
culturelles.
Le confort thermique se définit quant à lui
comme « l'étude des échanges thermiques qui se produisent
entre le corps et son environnement » (De Oliveira et al.,
2006).
De manière plus concrète, l'ASHRAE4
(American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers)
définit ce terme comme « une condition de bien être
psycho-physique de l'individu par rapport à l'environnement dans lequel
il vit et travaille ».
Si l'étude du confort thermique au sein des espaces
intérieurs est menée depuis plusieurs décennies, l'analyse
en milieu extérieur est beaucoup plus récente, depuis une
quinzaine d'années environ.
4 Organisation internationale technique dans le
domaine des génies thermiques et climatiques (chauffage, ventilation,
air climatisé, production de froid).
13
Durant ces dernières décennies, de nombreuses
études portant sur le confort thermique dans les zones urbaines ont vu
le jour et leur nombre augmente chaque année. Celles-ci ont
été menées au sein de plusieurs pays avec
différents climats et différentes cultures, ce qui permet
notamment de pouvoir comparer les résultats obtenus au sein de
différentes régions du monde. L'analyse du confort en
extérieur est d'ailleurs beaucoup plus difficile à mettre en
place qu'en intérieur, car l'environnement y est beaucoup plus complexe.
Par exemple, les variations microclimatiques des paramètres
météorologiques peuvent être très fortes entre deux
points, même proches et à une heure semblable, ce qui complexifie
de surplus l'interprétation des résultats. L'autre part de
complexité est due à la subjectivité induise par le
confort thermique, qui varie selon les individus, les cultures et les
sociétés (Chen & al., 2012).
B. Les indices de confort humain
Il existe un nombre non négligeable d'indices
thermiques, environ 162, ce qui prouve l'importance de l'environnement
thermique dans la société et au sein de la communauté
scientifique, avec un désir de le quantifier (De Freitas & al.,
2014). Plus d'une vingtaine d'études depuis les années 1960
ont donc tenté de les classer en fonction de leurs objectifs et des
paramètres utilisés, chose qui n'est pas facile à faire et
qui comporte malgré tout une certaine subjectivité de la part des
auteurs. Certains indices sont destinés au tourisme, comme l'indice
climatique pour le tourisme (CIT en anglais pour « Climate index for
tourism »), tandis que d'autres sont spécifiques à certaines
régions du monde et donc applicables que par certaines conditions
climatiques, comme l'indice de refroidissement éolien (WCT en anglais
pour « Wind chill temperature »).
Enfin, certains indices se basent totalement sur le
caractère subjectif du problème. C'est
notamment le cas pour le PMV (« predicted mean vote
» - Gagge & al., 1986), qui donne
l'avis moyen d'un groupe important de personnes qui
exprimeraient un vote de sensation de confort thermique en se
référant à une échelle donnée
(Figure 3).
L'évaluation de cet état subjectif qu'est le
confort humain peut être objectivée et quantifiée au moyen
d'indices thermiques intégrés qui peuvent prendre en compte
aussi
bien des paramètres microclimatiques ambiants, que
la dépense énergétique relative à l'activité
professionnelle, ainsi que la typologie d'habillement. Ils permettent au
final
d'estimer une température dite «
équivalente », en fonction des différents
paramètres incorporés à leur
élaboration. Figure 3 : seuils du PMV et réponse
physiologique
associée (Blazejczyk & al.,
2010)
14
On différenciera pour cette étude deux types
d'indices, à savoir les indices « simples », prenant en compte
uniquement des paramètres climatiques et les indices « rationnels
», considérant en plus des paramètres climatiques des
variables physiologiques et d'isolation vestimentaire.
B.1. Les indices simples
Ces indices sont les plus simples à exploiter, du fait
de la seule utilisation des paramètres climatiques. Ces derniers sont
donc plus faciles à mesurer que les paramètres d'ordre
physiologiques et ils ont donc été privilégiés pour
notre étude en raison du temps imparti.
a. ET - Effective temperature (Houghten & Yagloglou,
1923)
Inventé par Houghten & Yagloglou en 1923, cet
indice a été établi pour déterminer les effets
relatifs de la température de l'air et de l'humidité dans le
confort thermique. A l'origine, l'indice couvre une plage de
températures allant de 1°C à 45°C, ce qui en fait un
indice efficace pour les zones tempérées. En
réalité, il est utilisé pour évaluer le niveau de
stress thermique, donc dans des gammes de températures assez
élevées (Blazejczyk & al., 2010).
L'indice a ensuite été adapté, notamment
en 1933 avec Missenard. Il fut largement utilisé en Allemagne de l'Est,
en Pologne ou en ex-URSS. Il est encore utilisé actuellement en
Allemagne, bien qu'il soit maintenant dépassé et qu'il ait
été remplacé par d'autres indices plus fiables. Il sera de
ce fait intéressant de comparer cet indice avec les autres plus
récents ayant été retenus. La formule a finalement
été améliorée par Li et Chan (2000) et se
décline de la manière suivante (Formule 1).
Formule 1 : ET (Blazejczyk & al.,
2010)
Les paramètres nécessaires à son calcul
sont la température de l'air en °C (T), l'humidité relative
en % (RH) ainsi que la vitesse du vent en m/s (v). C'est d'ailleurs le seul
indice simple retenu qui prend en compte la vitesse du vent.
Différents seuils sont adaptés à ET en
fonction de la région où il est utilisé. Voici ceux
retenus pour l'Europe centrale :
15
< 1°C = très froid 1-9 =
froid 9-17 = frais 17-21 = doux 21-23 = confortable 23-27 =
chaud >27°C = très chaud
b. HI - Heat index (Steadman, 1979)
Plus récent, HI combine la température de l'air
(T) et l'humidité relative (RH) dans le but de déterminer une
température qui manifeste la chaleur ressentie (Formule
2). L'équation de HI (Rothfusz, 1990) est dérivée
de la première version de la température apparente (AT) de
Steadman (1979). L'avantage de cet indice est qu'il est relativement simple
à calculer du fait de l'implication de deux paramètres
climatiques facilement mesurables. En revanche, ce dernier ne s'applique que
sur des températures supérieures à 20°C
(Figure 4), ce qui ne nous permettra pas d'utiliser cet indice
sur l'ensemble de la journée, les matinées n'atteignant que
très rarement ces températures.
Formule 2 : HI (Blazejczyk & al.,
2010)
Figure 4 : seuils de HI et réponse physiologique
associée (Blazejczyk & al., 2010)
16
Les valeurs seuils sont donc totalement décalées
par rapport à celles de ET. On observe notamment que le premier pas, qui
est de 27°C correspond au pas maximum de celui d'ET.
c. Humidex (Masterson & Richardson, 1979)
Cet indice, utilisé la première fois en 1965,
découle d'une innovation des météorologistes canadiens. Il
a ensuite été modifié en 1979 par Materson et Richardson
(Blazejczyk & al., 2010). Il permet de décrire la chaleur
et l'humidité ressentie par un individu quelconque et s'utilise
essentiellement en milieux chauds (Formule 3). Il regroupe de
ce fait la température de l'air (T) et la pression de vapeur d'air (vp
en hPa).
Formule 3 : Humidex (Blazejczyk & al.,
2010)
i. Calcul du point de rosée
Afin d'obtenir vp, il faut connaître la
température du point de rosée. Ceci est possible de plusieurs
manières différentes, par exemple, via l'expression d'Heinrich
Gustav Magnus-Tetens (Formule 4).
Formule 4 : calcul du point de rosée Tr
(Wikipédia)
17
Il est également possible de passer par les pressions de
vapeurs réelles (e), saturantes (ew) et l'humidité relative (Hr
compris entre 0 et 1), selon la logique suivante (Najjar, 2014) :
Comme ew = 6.1078*10^((7.5*T)/(237.3+T)) Donc e =
Hr*ew
Et Td = ((ln(e)-1.81)/(0.0805-0.00421*ln(e)))
Figure 5 : seuils de Humidex et réponse
physiologique associée (Blazejczyk & al.,
2010)
Les seuils constatés pour l'indice Humidex
(Figure 5) représentent une plus large gamme de
température que HI, ce qui est plus intéressant pour qualifier
notre ambiance thermique dans notre région.
d. WBGT - Wet bulb globe temperature (1956)
L'indice prenant en compte la température du globe
(« Wet bulb globe temperature » en anglais) est de loin l'indice de
confort le plus utilisé dans le monde (Blazejczyk & al.,
2010). Il a notamment été développé par l'US
Navy dans le cadre d'une étude sur les maladies liées à la
chaleur au cours des formations militaires. Il s'applique essentiellement pour
évaluer l'effet moyen de la chaleur sur l'homme durant une
période représentative de son activité (Malchaire,
2009).
Cet indice a la particularité d'être utilisable
à la fois en extérieur mais également en intérieur,
via deux formules spécifiques. Il s'applique à tout type
d'environnement thermique, mais plus particulièrement en situations
chaudes.
En plus de cette spécificité, le WBGT peut se
calculer de deux manières différentes pour les espaces
extérieurs.
En effet, la manière la plus simple est d'utiliser
uniquement les paramètres climatiques basiques, à savoir la
température de l'air (T) et la pression de vapeur d'air (vp), qu'on a
déjà pu voir pour l'Humidex (Formule 5).
Formule 5 : WBGT « basique » (Blazejczyk
& al.. 2010)
La deuxième façon d'obtenir WBGT est d'utiliser
la température d'ambiance du globe (Tg), d'y rajouter la
température du point de rosée (dénommée Tr ou Td),
ainsi que la température de l'air (T) (Formule 6). Il
convient de préciser que dans la littérature, Tn peut être
associée à la température humide naturelle, pouvant aussi
être appelée température de bulbe humide (« wet bulb
temperature » en anglais). Ce paramètre Tn reste équivalent
au point de rosée, mais mesuré différemment.
Formule 6 : WBGT prenant en compte la
température du globe (Maia & al.. 2011)
Le WBGT ne s'applique pas à l'évaluation des
contraintes thermiques subies pendant de très courtes périodes
(Martinet et al., 1999).
En revanche, il a l'avantage de pouvoir servir au
dépistage de situations à risque de contrainte thermique : si le
résultat est supérieur à 25°C, la situation doit
être analysée de façon plus approfondie (Meyer et al.,
1997) (Figure 6).
18
Figure 6 : seuils du WBGT « basique » et
précautions à prendre (Blazejczyk & al., 2010)
19
Les indices simples sont comme leur nom l'indique relativement
simples à utiliser, mais ils ont l'inconvénient d'être
limités pour prétendre à qualifier de manière
objective des situations thermiques pouvant être complexes. Ceci a permis
à d'autres indices d'émerger, certes plus compliqués
à mettre en oeuvre mais qui se rapprochent davantage de la
réalité.
B.2. Les indices rationnels
Les indices de confort rationnels se basent principalement sur
l'équation du bilan énergétique humain dont il convient de
rappeler l'équation :
(M - W) + (R + C + Cres + E + Eres + S) = 0
(Najjar, 2014)
M représente ici le taux
métabolique, à savoir la production interne d'énergie (par
oxydation des aliments). Cette variable est donc constamment positive. Le
paramètre W constitue quant à lui la production
de travail physique et consomme donc de l'énergie. Le rayonnement net du
corps humain est représenté par la lettre R. Les
flux Cres et C constituent une perte de
chaleur par convection (peau et poumons), tout comme les flux E
et Eres qui désignent la perte de chaleur par
flux de chaleur latente (évaporation et transpiration).
Enfin, S représente la chaleur
stockée. De ce fait, si S est supérieur à 0, alors la
température du corps aura tendance à dépasser
légèrement les 37°C. Au contraire, si S est inférieur
à 0, la température du corps humain subira une baisse. C'est
à ce niveau qu'interviennent les mécanismes de régulations
physiques et chimiques afin de rétablir l'homéothermie du
corps.
Ces indices rationnels sont plus difficiles à utiliser
et à calculer du fait du nombre important de paramètres pouvant
rentrer en ligne de compte. C'est pourquoi, seuls deux ont été
retenus pour notre étude, faisant figure d'incontournables.
a. PET - Physiological equivalent temperature
(Höppe, 1999)
Le dernier indice qui sera évoqué dans cette
partie est le PET, qui est également un indice dérivé du
bilan énergétique humain. Il allie tout comme l'UTCI des
paramètres climatiques et thermophysiologiques (habillement et
activités humaines), ce qui les rapproche sensiblement. Il pourra
être intéressant d'observer comment ces deux indices rationnels se
comportent entre eux et s'il y a une différence notable entre les
indices simples et rationnels. La littérature ne fournit pas de formule
concernant son calcul, cependant, le modèle RayMan (Matzarakis, 2010)
permet de l'obtenir. Le PET a l'avantage de s'établir sur une gamme
thermique assez large.
Selon les seuils qui suivent, une température de
20°C peut être qualifiée de confortable, tandis que des
valeurs plus élevées indiquent probablement un stress thermique
(Figure 7).
20
Figure 7 : seuils du PET et stress physiologique
associé (Matzarakis & Mayer, 1996)
b. UTCI - Universal thermal climate index
Cet indice est un des plus récents. Il a pour but
d'être valable et précis pour tous les climats, toutes les saisons
et ceci à toutes les échelles spatiales et temporelles
(Jendritzky & al., 2011). Il se veut également de rendre
accessible un indice thermique pour tous, via notamment un site internet
où on peut le calculer5. L'UTCI a été
développé à la suite du concept de la température
équivalente (ET), par l'intermédiaire d'une équipe
pluridisciplinaire (45 scientifiques provenant de 23 pays différents).
Il est donc très complet, comprenant à la fois des variables
climatiques (humidité, températures de l'air, vent),
couplé à un modèle physiologique (Fiala & al.,
2012 in Boko & al., 2013), ainsi qu'à un modèle
d'habillement (Blazejczyk & al., 2010, 2012, Bröde &
al., 2012 in Boko & al., 2013).
i. Température moyenne radiante (Tmrt)
Un des paramètres qui rentre dans l'élaboration
de l'UTCI dont nous n'avons pas encore parlé est la température
moyenne radiante (« mean radiant temperature » en anglais).
5 http://www.utci.org/
21
C'est un des paramètres les plus importants affectant
le confort thermique humain dans les environnements extérieurs (Lindberg
& al., 2008) et essentiellement en conditions chaudes et
ensoleillées (Mayer & Höppe, 1987).
Elle est définie comme une valeur de température
pouvant évaluer le flux total de rayonnement sur le corps humain, avec
la loi de Stefan-Boltzmann (Huang & al., 2014).
Autrement dit, elle constitue une température radiative
« résultante » de tous les flux de rayonnements (courtes et
grandes longueurs d'ondes) exposés au corps humain (annexe
3). Différentes méthodes de simulation permettent de
calculer Tmrt dans les espaces urbains, notamment le modèle Rayman 1.2
(Matzarakis & al., 2010), ENVI-met 3.1 (Bruse, 2009) et SOLWEIG
2.2 (Lindberg & al., 2008). Cependant, chacun possède ses
limites.
On peut néanmoins la calculer assez facilement via le
globe noir ou le globe gris (cf partie II), tant que l'on connaît leurs
spécificités techniques (émissivité,
diamètre), via la formule qui suit (Formule 7) :
Formule 7 : Tmrt (Huang & al.,
2014)
Les indices rationnels paraissent à première vue
comme étant plus fiables et plus objectifs pour qualifier le confort
thermique, du fait de l'intégration de nombreux paramètres.
L'UTCI est d'ailleurs considéré comme l'indice de
référence depuis qu'il a été mis en place. De ce
fait, il est intéressant de pouvoir le comparer avec l'ensemble des
autres indices qu'on utilisera au cours de notre étude et surtout de
voir si le comportement des deux sortes d'indices est semblable ou pas.
B.3. Comparaison entre les deux sortes d'indice (de
Blazejczyk & al., 2010)
C'est dans cette optique qu'une étude de Blazejczyk
& al., publiée en 2010, a suscité mon intention. En
effet, cette dernière compare les différents indices entre eux,
et notamment l'UTCI avec une grande majorité d'indices simples.
L'étude a permis de démontrer la faible
corrélation entre les indices simples portant sur des conditions chaudes
(HI, WBGT et Humidex) et UTCI (Figure 8).
Figure 9 : comparaison entre UTCI et PET
22
En revanche, il s'avère que le PET, qui a une approche
semblable à celle de l'UTCI dans la prise en compte des variables, est
beaucoup mieux corrélé à celui-ci (Figure
9).
Cette étude montre clairement la séparation des
deux sortes d'indices dans leur comportement. Il n'y a donc pas de
corrélation entre les indices simples et rationnels. En revanche, il
apparait clairement une ressemblance dans le comportement des indices
rationnels (UTCI et PET).
Il sera intéressant de voir si cela se confirme lors du
calcul de nos différents indices de confort au sein de nos
différents sites d'étude.
Chaque échantillon représente un point. La
relation mathématique entre les indices est estimée par la droite
de régression. On peut évaluer la discordance entre les indices
par l'écart entre la droite de régression (ligne continue) et la
bissectrice des axes (la ligne d'identité - « dashed line identity
» en pointillé).
Figure 8 : comparaison entre UTCI et indices
simples
|
La diversité des indices de confort humain provoque un
certain flou quant à leur légitimité et à leur
utilisation. Chaque indice possède en effet ses caractéristiques
propres, ainsi que ses avantages et ses inconvénients, le tout sous une
pointe de subjectivité évidente. Il est donc difficile de dire si
l'un est meilleur que l'autre, même s'il semble que l'UTCI, dernier
récemment crée, semble faire office de bon compromis par rapport
à tous les autres. Il conviendra d'arriver à le démontrer
au cours de cette étude.
Pour obtenir l'ensemble des indices cités dans cette
partie, il est essentiel de posséder un dispositif de mesure performant,
nous donnant tous les paramètres climatiques dont nous avons besoin.
II. Matériel et méthodologie
expérimentale
L'analyse du confort thermique extérieur étant
encore très marginale en France, il a fallu innover en construisant et
en achetant de nouveaux dispositifs de mesures adaptés aux recherches
envisagées. Une stratégie de terrain cohérente avec les
thématiques d'études et les interrogations soulevées au
préalable a également due être mise en place.
1. Le dispositif de mesure : mesures mobiles
1.1. Les charrettes
Photo 1 : charrette de mesure
23
Afin d'obtenir les paramètres
météorologiques nécessaires à l'acquisition des
indices de confort retenus précédemment, il est fondamental de
disposer d'appareils de mesures performants, nous donnant des résultats
les plus précis possibles. Pour cela, deux dispositifs prenant la forme
de charrettes mobiles ont été fabriqués, au sein
même de la Faculté de Géographie (Photo
1). Celles-ci sont quasiment identiques, seules les dimensions varient
de l'une à l'autre : 2.7 sur 0.85 m pour la plus grande et 2.4 sur 0.7 m
pour la plus petite, les deux atteignant une hauteur de 2.10 m. Elles sont
toutes les deux munies de cinq capteurs différents. Le bras
métallique vertical abrite en partant du haut les capteurs de vent et
l'abri relatif à la température de l'air et à
l'humidité relative. Les bras horizontaux accueillent quant à eux
le capteur boule, visant à déterminer la température
ambiante, tandis que sur le bras le plus bas a été
installé le capteur de rayonnement.
Photo 2 : centrale d'acquisition et clavier
numérique
Tous ces appareils de mesure sont ensuite reliés
à la centrale d'acquisition (de marque Campbell Scientific),
par l'intermédiaire d'un branchement spécifique, cette
dernière étant munie d'un programme permettant d'acquérir
et de sauvegarder les données relevées (Photo 2 &
annexe 4). Il est donc possible de récupérer les
données après une journée de mesures, via un logiciel
installé sur un ordinateur quelconque (Loggernet, Campbell
Scientific).
Les charrettes sont munies de deux roues tout terrain
facilitant la circulation en ville, ainsi que d'un dispositif qui permettent de
stabiliser l'appareil et de le maintenir horizontal avant chaque début
de mesure. Ce dernier point constitue un élément important,
notamment pour le capteur de rayonnement, qui se doit d'être horizontal
par rapport à la surface du sol, afin d'obtenir des valeurs les plus
précises possible.
Grâce à ces deux dispositifs, il sera alors
possible d'établir nos transects mobiles prévus au sein de
plusieurs quartiers de Strasbourg. L'intérêt de posséder
deux charrettes identiques réside dans le fait d'ajouter en plus de la
dimension spatiale, où une charrette suffit, la dimension temporelle.
Pour cette année, l'accent a plutôt été mis sur
l'analyse spatiale, mais il sera intéressant de pouvoir mettre en avant
l'évolution journalière des sites qui n'ont pas encore
été explorés.
24
1.2. Procédure de mesure
Avant chaque mesure sur le terrain, une procédure doit
être respectée, afin de pouvoir lancer l'acquisition des
données (annexe 5). Il est possible de numéroter
chaque mesure au sein de cette procédure. Chacune d'elle
nécessite un temps de cinq minutes, soit 300 secondes sur le clavier de
la centrale. Ce délai est essentiel car il permet le
rééquilibrage des capteurs dans la nouvelle ambiance thermique
choisie. Une fois la procédure lancée, chaque instrument
relève une mesure toutes les cinq secondes. Lorsqu'on arrive au bout des
cinq minutes, les mesures s'arrêtent automatiquement et on peut alors
vérifier les résultats obtenus sur le clavier. La valeur finale
de chaque paramètre constitue une moyenne de toutes les données
relevées sur l'ensemble de la mesure (60 en tout). Ceci permet d'affiner
l'estimation des paramètres climatiques sur des conditions
homogènes.
25
2. Appareillage des charrettes
2.1. Température de l'air et humidité
Photo 3 : thermo-hygromètre (abri
Met21)
La température et l'humidité de l'air sont
obtenues par l'intermédiaire d'un thermo-hygromètre,
installé à 1m60 de haut (Photo 3). Le capteur
retenu est le modèle HS3 de marque ROTRONIC. Il est
muni d'un filtre pour le protéger de la poussière et des
particules, ce qui améliore sa précision et le rend plus
résistant. Le thermomètre permet d'acquérir des valeurs
allant de -40°C à +60°C, avec une précision de plus ou
moins 0.1°C (à 23°C). Il résiste de surplus à
des températures pouvant aller de -40°C à +100°C.
En ce qui concerne l'humidité relative (en
pourcentage), le capteur permet de mesurer des valeurs s'étalant de 0
à 100 avec une précision de plus ou moins 0.8% (à
23°C), ce qui est largement satisfaisant. Ce capteur est surtout
recommandé pour des applications de longues durées et en
continue, ce qui n'empêche pas pour autant d'établir des mesures
à des temps précis comme le nécessite notre
étude.
Un abri de type MET21 a été
utilisé en complément de ce capteur. En effet, ce dernier peut
être réchauffé par le rayonnement solaire et la chaleur
provenant des différentes surfaces urbaines (courants d'advection). Les
mesures peuvent donc être surestimées par rapport aux valeurs
réelles. C'est pourquoi, il est nécessaire d'avoir des capteurs
protégés du rayonnement, du vent ou d'autres influences pouvant
biaiser les mesures. Il existe différents moyens pour empêcher
l'influence de certains facteurs. Une « carapace » peut être
mise en place autour du capteur, comme utilisé dans notre étude.
La matière utilisée pour le boitier est un plastique
spécifique, à forte résistance thermique et la couche
externe blanche contient un stabilisateur UV pour une résistance
à long terme.
Un système de ventilation, qui permet de maximiser la
convection et d'éviter la formation d'air chaud autour du capteur serait
la meilleure solution, bien qu'il serait plus difficile à installer sur
nos charrettes. Enfin, certains auteurs estiment qu'on peut attendre environ
une demi-heure avant de faire la mesure, afin que l'appareil se stabilise dans
la nouvelle ambiance thermique (Johansson & al., 2013). Cette
méthode est cependant très longue à mettre en place et
n'est pas à privilégier, surtout si le nombre de points de mesure
est important, ces derniers devant être relevés dans la même
journée, voire la demi-journée. De plus, cette méthode
n'élimine pas les paramètres climatiques, notamment le
rayonnement dont nous voulons nous prémunir pour différencier la
température ambiante de la température de l'air.
26
2.2. Température ambiante : globe gris et globe
noir
Ce paramètre est à différencier de la
mesure de la température de l'air expliquée
précédemment. L'idée est ici d'arriver à estimer le
stress thermique d'une zone, à travers une température dite
« équivalente », correspondant à la température
moyenne radiante (Tmrt). Pour ce faire, le capteur est soumis à toutes
les influences exercées par le climat, notamment le rayonnement. Ce
dernier peut provenir directement du soleil, mais aussi du sol, des
bâtiments à proximité du capteur ou encore des individus
passant à côté de la charrette et pouvant influencer
localement l'ambiance du lieu en question. Outre le rayonnement, le vent est
également incorporé à la mesure.
Il existe un thermomètre standard, appelé globe
noir (« Black globe » en anglais) et de marque Campbell
Scientific, qui permet d'estimer ce paramètre. D'un diamètre
de 150 mm et recouvert de noir pour absorber le maximum de rayonnement, il est
le plus souvent fait en cuivre. L'appareil s'utilise essentiellement dans une
ambiance thermique chaude, avec une gamme de mesure allant de -5°c
à 95°C. Sa marge d'erreur est estimée à 0.3°C
entre 0 et 70°C.
Le globe noir permet notamment de calculer l'indice WBGT, en
ajoutant les mesures de température de l'air et du point de
rosée. Cependant, l'inconvénient de celui-ci est qu'il dispose
d'une inertie assez forte. En effet, il faut attendre 20 à 30 minutes
pour que le capteur se rééquilibre entre chaque mesure, chose
dont on ne peut pas forcément se permettre lorsqu'on fait des mesures en
ville, étant donné les variations rapides des flux radiatifs et
des vitesses du vent (Spagnolo & de Dear, 2003).
L'ASHRAE, spécialisée dans l'air
conditionnée et le chauffage, recommande d'ailleurs l'utilisation d'un
globe de couleur grise, appelé globe gris (« grey globe » en
anglais). Ayant comme base une simple balle de tennis de table de 40 mm de
diamètre, le globe gris est recouvert d'une peinture grise
spécifique6, d'émissivité 0.95 et contient ses
propres caractéristiques bien qu'elles soient similaires à celles
du globe noir. L'avantage de ce capteur est qu'il nécessite un temps
moindre (environ 5 minutes) pour se stabiliser entre chaque mesure, du fait
qu'il soit plus petit, ce qui facilite considérablement son utilisation
en milieu urbain (Johansson & al., 2013). De plus, un autre
avantage non négligeable est qu'il est beaucoup moins cher que le globe
noir. Plusieurs études ont même permis de montrer des
qualités équivalentes (Thorsson & al., 2007 ; Yahia
& Johansson, 2013. Cependant, il a été observé une
légère surestimation des valeurs du globe gris lorsque les
mesures sont faites à l'ombre, ainsi qu'une légère
sous-estimation en conditions ensoleillées (Johansson & al.,
2013).
6 Référence de la peinture : RAL 7001
flat grey.
Pour des raisons pratiques et économiques, les globes
gris ont été privilégiés pour mener cette
étude. Ils ont été installés à environ 1m80,
sur les bras verticaux des deux charrettes (Photo 4).
La meilleure méthode pour estimer ce paramètre
d'ambiance reste cependant celle des six directions (« the six-direction
radiation method » en anglais). Celle-ci aborde le corps humain comme un
cube et attribue des coefficients de pondération au rayonnement (longues
et courtes longueur d'ondes) provenant de six directions (Chen & al.,
2014). Chaque radiomètre mesure alors le rayonnement provenant de
ces directions pour aboutir au final à une température
équivalente de même niveau que celles obtenues par les globes.
Bien qu'étant plus précise, cette méthode a
l'inconvénient d'être beaucoup plus chère, en raison du
nombre important de capteurs. De plus, elle prend du temps à mettre en
place et est relativement immobile, ce qui est un facteur limitant pour notre
étude, où la quasi-totalité des mesures sont mobiles.
Photo 4 : globe gris
La température relevée par les globes permet
également de calculer la température moyenne radiante (Tmrt),
évoquée en première partie. L'étude menée en
2014 par Chen & al. a montré que les valeurs
calculées pour Tmrt étaient finalement similaires, quelles que
soient les méthodes utilisées (globe noir ou méthode des
six directions). Les seules oscillations qui ont pu être observées
correspondaient au vent, qui peut venir influencer le capteur globe, ce qui
n'est pas le cas de la méthode des six directions du fait de la
non-intégration de ce paramètre.
A. Comparaison des deux globes et de Tmrt
Bien que la littérature paraisse optimiste quant
à l'utilisation de ces globes gris, il est nécessaire de pouvoir
comparer le globe noir « traditionnel » avec les gris utilisés
pour notre étude. De plus, le comportement des capteurs pouvant
être différent selon l'ambiance thermique et les conditions
météorologiques, il sera tout à fait intéressant de
pouvoir analyser les réactions des deux globes dans les conditions
climatiques où notre étude a été menée.
La comparaison a eu lieu au niveau de la station fixe du
jardin universitaire (Annexe 6). Les globes noir et gris ont
été fixés sur un bras métallique horizontal
(Photo 5).
Les mesures ont été réalisées
toutes les 30 minutes, 24h/24 et sur une durée de deux semaines : du
Lundi 11 Mai au Lundi 22 Mai.
|
|
|
Photo 5 : globes gris et noir
27
|
28
Ceci nous a permis d'obtenir des conditions
météorologiques différentes pour analyser le comportement
des deux globes, mais aussi d'analyser l'évolution journalière
des capteurs.
De manière générale, on peut remarquer
que le globe noir possède des valeurs plus élevées en
journée que le globe gris, indépendamment des conditions
météorologiques (Graphique 1). Ces écarts
sont cependant plus élevés au sein de journées
ensoleillées, comme par exemple lors du 12 Mai, où on atteint
même 12 °C de plus pour le globe noir que pour le gris
(Graphique 2). Johansson & al., (2013) avait
remarqué cette légère sous-estimation du globe gris en
conditions ensoleillées, qu'on repère facilement sur le
graphique.
T(°C)
45
40
50
35
30
25
20
15
10
5
0
1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 273
289 305 321 337 353 369 385 401 417 433 449 465 481 497 513 529
Comparaison des températures des deux globes en
fonction du temps
12 Mai
15 Mai
Globe noir Globe gris
Mesures
Graphique 1
14,00
12,00
10,00
T(°c)
4,00
8,00
6,00
0,00
2,00
1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 273
289 305 321 337 353 369 385 401 417 433 449 465 481 497 513 529
Ecarts de température entre les deux globes :
Ä(Gn-Gg)
12 Mai
15 Mai
Mesures
29
Graphique 2
Les deux capteurs gardent cependant des valeurs semblables la
nuit (écarts de moins de 1°C), en raison de l'absence de
rayonnement. Les écarts augmentent ensuite au fur et à mesure de
la journée jusqu'en début de soirée (environ 4°C en
journée).
On peut voir une différence assez nette entre les
journées de beau temps (11 et 12 Mai), où la courbe est plus
lissée et celles où les conditions sont mauvaises (15 et 16 Mai).
En effet, les valeurs sont beaucoup plus instables dans ces conditions, ce qui
est logique si des passages nuageux bloquent une partie du rayonnement ou si
une averse apparaît. Pour les deux globes, la courbe est donc en «
dents de scie », mais encore plus pour celle du globe noir.
Malgré les fortes variations du globe noir, ce dernier
reste cependant assez fiable en conditions ensoleillées. Lorsque les
conditions se dégradent, on voit clairement que le globe gris parait le
mieux approprié. Si on se penche de plus près sur les valeurs, on
remarque bien souvent des variations très brusques pour le globe noir :
+6°C en 30 minutes quand le globe gris ne mesure qu'une augmentation de
1°C.
Il apparaît donc que le globe gris est tout à
fait légitime dans nos conditions d'étude, ce dernier s'adaptant
à toutes les conditions climatiques, même si cela se fait à
défaut d'une légère sur ou sous-estimation de la
température ambiante.
30
Après cette comparaison assez générale,
il peut être intéressant de se pencher sur l'analyse de deux
journées « types ». Une journée de beau temps (12 Mai)
et une de mauvais temps (15 Mai) ont donc été choisies pour
compléter de manière plus précise cette comparaison et
voir l'évolution des deux globes sur une journée entière.
De plus, cette étude a pour but d'arriver à estimer quels peuvent
être les meilleurs indices par rapport à nos conditions
climatiques et aux études entreprises. Grâce aux valeurs des deux
globes, nous pouvons donc calculer l'indice WBGT afin de voir leur comportement
et comparer ces deux valeurs d'indice à l'autre formule du WBGT ne
prenant en compte que les paramètres climatiques.
Pour rappel, voici les deux formules utilisées :
? Pour le calcul du WBGT avec les valeurs des
globes :
WBGTg (°C) = (0.7*Tn) + (0.1*T) +
(0.2*Tg)
4 Avec Tn : température
(°C) du point de rosée (aussi appelée Td dans notre
étude). T : température (°C) de l'air
(aussi appelée Ta).
Et Tg : température ambiante (°C)
donnée par le globe (noir et gris).
? Pour le calcul du WBGT basique, reposant
uniquement sur les paramètres climatiques :
WBGT (°C) = 0.567*T+0.393*vp+3.94
4 Avec T : température
(°C) de l'air.
Et vp : pression partielle de vapeur d'air
(hPa).
Pour ce qui est de la journée de beau temps
(Graphique 3), on remarque une très bonne
correspondance des deux indices basés sur les températures des
globes, à 2°C maximum d'écart au plus fort de la
journée, logiquement en faveur du globe noir, du fait de ses valeurs
supérieures à la base. Le reste de la journée, les deux
WBGTg ont quasiment les mêmes valeurs.
On constate également que les données de
l'indice WBGT basique sont plus hautes que celles des deux autres indices. La
courbe suit la tendance de l'évolution des températures au fil de
la journée, mais de manière moins marquée. On a ici des
écarts assez significatifs, de l'ordre de 45°C entre les deux types
d'indice, en milieu de journée. Même la nuit, on retrouve des
écarts de 1°C environ entre les deux types d'indice.
Cette différence entre les deux types d'indice n'est
pas étonnante en raison de la prise en compte de la température
ambiante, qui peut être sensiblement différente de la
température de l'air.
Graphique 4
31
Comparaison de l'indice WBGTg (Gn & Gg) et
WBGT (basique) sur une journée ensoleillée "type"
25,00
20,00
T(°C)
15,00
10,00
5,00
0,00
Heure
WBGTg(Gg) WBGTg(Gn) WBGT(basique)
(12.05.2015)
Graphique 3
Comparaison de l'indice WBGTg (Gn & Gg) et
WBGT (basique) sur une journée mauvaise "type"
(15.05.2015)
16,00
14,00
12,00
T(°C)
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
Heure
WBGTg(Gg) WBGTg(Gn) WBGT(basique)
Lors d'une journée très instable comme celle du
15 Mai (Graphique 4), on peut observer que les trois indices
suivent le même comportement, le mauvais temps ayant
généralement tendance à homogénéiser les
données. On observe tout de même cette légère
supériorité du WBGT basique par rapport au WBGT des deux globes,
avec toujours 1°C d'écart en moyenne sur la journée. Les
deux indices basés sur les températures des globes ont quant
à eux pratiquement les mêmes valeurs.
32
Il est difficile de dire avec certitude laquelle des deux
versions du WBGT semble la plus fiable pour qualifier le confort thermique. En
revanche, le fait d'intégrer la température d'ambiance des globes
en plus des deux paramètres climatiques (température de l'air et
point de rosée), laisse supposer la meilleure précisio de cet
indice par rapport à l'autre. Il sera donc à privilégier
lors de nos futures études.
D'un autre côté, il peut être judicieux de
comparer les deux globes au niveau de la température moyenne radiante
(Tmrt). En effet, ce paramètre important qui estime le confort thermique
(mais qui n'est pas un indice) prend en compte au niveau de sa formule le
diamètre du globe (en mètre) et son émissivité. Ces
deux paramètres diffèrent d'un globe à l'autre et il est
donc intéressant de voir comment se comporte Tmrt en fonction de ses
deux globes. Les données sont les mêmes que celles
utilisées pour la comparaison des globes.
Pour rappel, la formule de la Tmrt se décline comme suit
:
|
Pour le globe noir : å
= 0.98 et D = 0.15 m
Pour le globe gris : å
= 0.95 et D = 0.04 m
|
|
|
|
Pour une vitesse de vent relativement faible, proche des
conditions réelles (0.5 m/s), on remarque que les Tmrt calculées
à partir du globe noir sont plus élevées que celles du
globe gris (Graphique 5). Ceci est logique, du fait des
valeurs supérieures données par le globe noir en conditions
ensoleillées, comme on a pu le voir précédemment. Ces
résultats sont donc satisfaisants quant à l'utilisation du globe
gris en tant que « remplaçant » du thermomètre globe
noir « officiel ».
T(°C)
-10,00
-20,00
40,00
70,00
60,00
50,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Comparaison de Tmrt des deux globes avec un vent faible
(0.5 m/s - jardin U)
1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166 181 196 211 226 241 256
271 286 301 316 331 346 361 376 391 406 421 436 451 466 481 496 511 526
Tmrt(Gn) Tmrt(Gg)
Mesures
Graphique 5
2.3. Rayonnement net
Photo 6 : bilanmètre
33
Le rayonnement net est quant à lui mesuré
grâce à des bilanmètres (« net radiometer » en
anglais) et nous donne des valeurs en Watt par m2. Il permet
d'établir le bilan entre d'une part le rayonnement total reçu
(solaire + infrarouge atmosphérique) et d'autre part le rayonnement
total perdu (infrarouge émis + solaire réfléchis). Le
modèle utilisé pour nos mesures est le NR Lite2 de
marque Kipp & Zonen (Photo 6).
Le capteur est installé sur un absorbeur conique noir,
doté d'un revêtement en
polytétrafluoroéthylène (PTFE) résistant aux
intempéries. La petite tige verticale empêche également les
oiseaux d'influencer le signal de sortie.
Il convient pour des températures allant de -30°C
à +70°C et est pourvu d'un temps de réponse inférieur
à 20 secondes. Ce bilanmètre permet de balayer une large gamme
spectrale, en partant de l'ultraviolet (UV) jusqu'à l'infrarouge
lointain (FIR).
Les valeurs obtenues peuvent être positives ou
négatives selon les conditions climatiques (nébulosité),
mais également en fonction de la morphologie urbaine (ombres
portées des bâtiments).
34
Les radiomètres ont été installés
sur nos charrettes à une hauteur d'environ 85 cm.
Cette donnée a été sujette à
quelques problèmes au début de notre campagne de mesure. En
effet, sur l'une des charrettes, le rayonnement était nettement
inférieur à ce que nous aurions dû obtenir. Cette
observation a ensuite été mise en évidence sur le site du
jardin universitaire où sont déjà installés
plusieurs capteurs qui mesurent le rayonnement. Il s'est avéré
qu'il s'agissait d'un problème de coefficient émanant du
programme instauré dans la centrale. Les valeurs ont donc
été corrigées via un coefficient de correction.
Photo 7 : anémomètre à
hélice
2.4. Vitesse et direction du vent
La vitesse et la direction du vent sont mesurées via un
anémomètre à hélice (« propeller anemometer
» en anglais) (Photo 7).
Simple, léger et robuste, c'est le modèle
05103 de marque Young qui a été retenu.
Fabriqué en plastique résistant aux UV, en acier inoxydable et en
aluminium anodisé, il convient très bien aux conditions instables
de notre zone d'étude. Il s'adapte à des températures
allant de -50°C à +50°C et résiste également
à la corrosion. Il permet de mesurer des vitesses de vent à
partir du mètre par seconde et jusqu'à 100 m/s, avec une
précision de plus ou moins 0.3 m/s. Cet appareil permet également
de déterminer la direction du vent, avec une précision de plus ou
moins 3°.
La direction du vent est un paramètre marginal pour notre
étude, étant donné la complexité de la circulation
atmosphérique au sein des canyons urbains. En effet, nous avons pu
remarquer sur le terrain que les deux anémomètres pouvaient
montrer un décalage de la direction donnée, alors même
qu'ils se trouvaient à moins de deux mètres l'un de l'autre.
Cependant, cette observation s'effectue dans le cadre de mesures
instantanées qui dépendent beaucoup des turbulences. Cela
n'entache donc pas la direction du vent sur la durée de nos cinq
minutes. Ce paramètre ne sera pas utilisé au cours de notre
étude, mais il pourrait être intéressant d'ajouter ce
dernier lors de mesures au sein d'espaces plus aérés où le
vent souffle de manière plus régulière.
L'anémomètre a été placé à 2.10 m sur
les deux charrettes. Généralement, on le place au niveau de la
hauteur d'un homme. Cependant, il n'y a pas d'indications strictes concernant
sa hauteur de mise en place, du moment qu'il est suffisamment haut.
La vitesse du vent n'apparaît pas à
première vue comme un des éléments essentiels de notre
étude. En effet, celui-ci n'est pas utilisé pour la plupart des
indices retenus, à savoir tous les indices simples7, hormis
ET, qui n'est d'ailleurs pas non plus le plus important des indices retenus.
Cette donnée est donc indicative pour l'interprétation de ces
indices.
7 WBGT, Humidex et HI.
35
En revanche, les indices rationnels tels que le PET ou l'UTCI
utilisent cette donnée de manière plus ou moins directe, sous la
forme de la température moyenne radiante (Tmrt) et sous la forme «
brute )).
Pour certaines études, notamment si le vent est
très faible, les anémomètres à hélice ne
sont pas forcément appropriés en raison de la valeur seuil de ces
appareils qui peut être trop élevées et donc ne pas prendre
en compte certaines vitesses de vent (Johansson & al., 2013).
Les anémomètres à fil chaud («
hot-wire anemometer )) en anglais) peuvent quant à eux mesurer des
vitesses de vent très faibles, mais ont une limite plus basse pour les
fortes vitesses de vent que les anémomètres à
hélice. De plus, ils ne tiennent pas compte des turbulences, ce qui est
un inconvénient dans notre type d'étude et coûte
relativement cher par rapport aux anémomètres plus « simples
)).
Il est également préférable de faire des
mesures tridimensionnelles (horizontales et verticales), car le vent est
très irrégulier en zone urbaine, à cause des nombreux
obstacles qui créent des contre-courants, des rotors et d'autres
perturbations locales (Johannsson & al., 2013).
Cependant, notre étude n'étant pas
spécialement centrée sur l'étude du vent en
lui-même, on peut se permettre cette marge d'erreur et utiliser notre
anémomètre à hélice pour cette année. En
plus de cela, les observations faites sur le terrain au même moment
permettent de contrebalancer ce paramètre approximatif, grâce
à une estimation purement subjective de l'intensité du vent
durant toute la plage de mesure (faible, modéré, fort).
Il est néanmoins intéressant de pouvoir juger de
la potentielle influence du vent sur les indices de confort, notamment dans le
but de savoir s'il serait nécessaire de mesurer de manière plus
précise ce paramètre, lors de campagnes de mesures futures.
A. Analyse de l'influence du vent sur les indices ET et
UTCI
Le but ici est de voir si le vent apporte une réelle
influence sur les valeurs d'indices et si oui, à partir de quel seuil
celui-ci joue un rôle. Deux indices ont alors été retenus
car ils intègrent tous les deux ce paramètre :
? ET, le seul indice simple retenu qui intègre le vent
dans sa formule. ? UTCI, un indice rationnel.
En prenant comme base les mesures du jardin ayant servi
à la comparaison des deux charrettes (de 10h à 14h45), on peut
comparer les valeurs des indices avec les valeurs de vent réelles et
celles simulées (pour 1.5, 3 et 5 m/s).
Pour l'indice ET, on remarque un décalage entre les
courbes qui est dû à la vitesse du vent qui fait baisser de
manière logique les valeurs de l'indice selon l'intensité du
paramètre (Graphique 6).
Evolution de l'indice ET en fonction des vitesses du vent
(28.05.2015 - beau temps - jardin U)
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
T(°C)
10h00 10h15 10h30 10h45 11h00 11h15 11h30 11h45 12h00 13h00 13h15
13h30 13h45 14h00 14h15 14h30 14h45
Heure
ET (vent réel) ET (vent 1,5) ET (vent 3) ET (vent 5)
36
Graphique 6
En revanche, les tendances générales des courbes
sont à l'augmentation ce qui parait assez étonnant, le vent ayant
plutôt tendance à homogénéiser les conditions
climatiques voire même à rafraichir l'ambiance thermique.
On constate notamment une augmentation de ET de plus de
9°C sur l'ensemble du temps de mesure, lorsqu'il est calculé avec
une vitesse de vent de 5 m/s. En conditions réelles, on observe une
augmentation de seulement 6°C de la part de l'indice. Cette augmentation
élevée, même en conditions très venteuses, laisse
présager un comportement étrange de la part de ET lorsque les
vitesses de vent augmentent fortement.
On observe également une diminution d'environ 3°C
entre une situation à vent fort (5 m/s soit 18 km/h) et une situation
à vent faible (<1 m/s). Ceci traduit probablement le rafraichissement
provoqué par le vent et semble de ce point de vue tout à fait
logique.
En ce qui concerne UTCI, les résultats montrent un
comportement de l'indice qui semble plus indépendant du paramètre
vent que ET (Graphique 7). En effet, à 14h45, on
remarque que les valeurs de l'indice, pour des vitesses de vent réelles,
sont plus faibles de près de 4°C que les valeurs concernant un vent
de 5 m/s, ce qui parait insensé. Il n'y pas de de réelle logique
concernant les courbes du graphique et notamment entre celle du vent
réel et celles des vitesses simulées.
37
De plus, on constate que l'UTCI en situation réelle
augmente légèrement sur l'ensemble de la journée, tandis
que la simulation montre que les indices UTCI augmentent beaucoup plus, ce qui
ne semble pas normal.
Evolution de l'indice UTCI en fonction des vitesses du
vent (28.05.2015 - beau temps - jardin U)
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
T(°C)
10h00 10h15 10h30 10h45 11h00 11h15 11h30 11h45 12h00 13h00 13h15
13h30 13h45 14h00 14h15 14h30 14h45
Heure
UTCI (vent réel) UTCI (vent 1,5) UTCI (vent 3) UTCI (vent
5)
Graphique 7
Le vent semble donc être assez secondaire dans
l'explication de l'UTCI. On pourrait logiquement diffuser cette
hypothèse à l'ensemble des indices rationnels. En effet, ces
derniers rassemblent un grand nombre de paramètres physiologiques, en
plus des paramètres climatiques simples, ce qui a tendance à
modérer l'influence de chacune des variables et n'explique donc pas le
comportement de l'indice.
En revanche, pour des indices simples comme ET, le vent est un
paramètre à prendre en considération, car il constitue une
des variables principales dans son établissement et influe donc
logiquement les indices de confort. Il reste cependant plus difficile de juger
de la fiabilité de l'indice lorsque les valeurs de vent augmentent
fortement et d'établir un seuil à partir duquel on observe des
modifications d'indices significatives.
38
3. Comparaison des charrettes
La comparaison et l'évaluation du matériel
destiné aux mesures sont essentielles afin de pouvoir interpréter
les résultats de la manière la plus précise.
Par manque de temps et les mesures étant prioritaires
sur cette partie du travail, cette comparaison s'est faite après notre
campagne de mesures, chose qui aurait dû être l'inverse de
façon logique. Heureusement, aucun souci majeur n'a été
déploré concernant les deux dispositifs.
La comparaison des deux charrettes a fait l'objet de plusieurs
tests, sous différentes conditions météorologiques, afin
de pouvoir juger au mieux de la fiabilité de celles-ci.
Dans un premier temps, nous avons établi quatre mesures
dans la matinée du 26 Mai, entre 9h et 9h45, au niveau du parking de la
Faculté. La journée étant très mauvaise, ces
premières mesures consistaient à établir une rapide
évaluation de l'appareillage. Aucune anomalie n'a été
détectée, les valeurs étant quasiment les mêmes,
ramenée à la précision de chaque capteur.
La deuxième journée de comparaison fut
menée au niveau de la place Kléber, lors d'une matinée
également très instable. Nous avons trouvé
intéressant de pouvoir comparer les charrettes dans différents
environnements. Bien qu'étant une place très minérale,
nous avons pu établir des points de mesure à proximité de
la végétation et des plans d'eau qui bordent la partie Nord de la
place.
Tous les paramètres climatiques étaient
concordants si on se réfère là aussi à la marge
d'erreur de chaque capteur, ce qui est encore une fois satisfaisant.
La dernière journée choisie (28 Mai) a
été menée cette fois-ci de manière plus «
rigoureuse » et dans de bonnes conditions. Cette belle journée
ensoleillée allait réellement nous dire si les capteurs se
comportaient de la même manière et notamment les globes gris, ces
derniers prenant en compte différents paramètres et pouvant
être plus à même de donner des valeurs différentes.
Le jardin universitaire a été notre zone d'étude pour
cette analyse.
Les mesures ont été faites toutes les 15
minutes, de 10h à 12h et de 13h à 14h45, afin de
bénéficier des températures les plus hautes avec un
maximum de rayonnement.
En ce qui concerne la température de l'air (Ta), on
remarque qu'elles sont quasiment les mêmes sur toute la plage de mesures,
à moins de 0.1°C près en moyenne, ce qui est très
satisfaisant.
Les humidités relatives (Hr) ont, quant à elles,
1% d'écart en moyenne, ce qui correspond globalement à la
sensibilité du capteur et n'est donc pas handicapant pour nos calculs
d'indices. On observe cependant un écart plus significatif aux alentours
de 11h45, avec plus de 4% entre les deux valeurs. Ceci reste néanmoins
acceptable du fait du caractère isolé de cette
légère différence.
La température ambiante, paramètre qui nous
intéresse tout particulièrement est également relativement
stable, tout comme les deux températures de l'air. Les écarts
sont en revanche supérieurs à ceux qu'on pouvait observer sur les
deux températures de l'air. Malgré cela, les deux capteurs
restent très fiables entre eux dans leur manière de mesurer ce
paramètre. Il convient de souligner que les globes gris ont
été fabriqués de manière artisanale.
De ce fait, une imprécision lors du montage, même
très légère, peut provoquer une différence d'un
degré entre deux capteurs différents. La taille du globe et
l'émissivité peut également jouer un rôle dans les
écarts obtenus. Pour pallier à ce problème, il sera
nécessaire de continuer cette approche comparative l'an prochain, pour
un futur mémoire de M1 par exemple, afin d'établir des
équations de passage entre les globes gris, pour qu'ils donnent
sensiblement la même valeur à chaque mesure. Ceci pourra
également être fait pour les autres appareils, bien qu'ils soient
censés être plus précis à la base (Graphique
8).
Le rayonnement net et le vent sont des paramètres plus
difficiles à interpréter, du fait du placement des charrettes
entre elles lors de la comparaison (Graphique 9). En effet,
par effet d'ombre (entre les deux charrettes ou par la proximité des
arbres proches du point de mesure), il se peut que les capteurs de vent et de
rayonnement réagissent différemment.
Cela a pu être observé pour les dernières
mesures de rayonnement des deux charrettes. On remarque notamment que les
écarts sont légèrement plus élevés au niveau
des quatre dernières mesures. Cependant, ceux-ci ne sont pas non plus
très importants, ce qui reste satisfaisant pour un paramètre
difficile à estimer de manière optimale.
39
Graphique 8
(P) : petite charrette (G) : grande charrette
Comparaison des températures et des
humidités relatives entre les deux charrettes le
28.05.2015 (Jardin U - ensoleillée)
60,00
10,00
0,00
10h00 10h15 10h30 10h45 11h00 11h15 11h30 11h45 12h00 13h00 13h15
13h30 13h45 14h00 14h15 14h30 14h45
Heure
Ta(P) Ta(G) Hr(P) Hr(G) Tamb(P) Tamb(G)
T(°C) & Hr (%)
40,00
50,00
30,00
20,00
Pour ce qui est du vent, on remarque des écarts de 0.3
m/s en moyenne, dû à la relative précision de
l'anémomètre à hélice lors de vitesses de vent
faibles. Les valeurs relevées restent cependant acceptables, surtout si
l'on tient compte du caractère indicatif du paramètre en question
(Graphique 10).
Comparaison du rayonnement entre les deux charrettes le 28.
05.2015 (Jardin U - ensoleillée)
700,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
Rn (W/m2)
10h00 10h15 10h30 10h45 11h00 11h15 11h30 11h45 12h00 13h00 13h15
13h30 13h45 14h00 14h15 14h30 14h45
Heure
Rn(P) Rn(G)
40
Graphique 9
V (m/s)
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
Comparaison de la vitesse du vent entre les deux
charrettes le 28. 05.2015 (Jardin U - ensoleillée)
Vent(P) Vent(G)
Heure
Graphique 10
41
Une fois le matériel vérifié et vraiment
fiable, une stratégie expérimentale doit être
élaborée. Celle-ci s'est décidée bien avant de
commencer la comparaison des dispositifs, afin de pouvoir y
réfléchir le plus tôt possible, des changements ayant
été constamment opérés.
4. Stratégie expérimentale de mesure
La ville de Strasbourg est une des agglomérations
françaises les plus « vertes », comme mentionné au
début de cette étude. Il a donc été difficile
d'établir des zones de mesures qui soient les plus
représentatives possibles. Il a été choisi d'axer le
travail sur trois branches principales : l'analyse de l'influence de la
végétation, de l'eau et de la morphologie urbaine sur le confort
thermique urbain. On a donc retenu six sites pour permettre cette étude.
Le manque de temps nous a obligés à établir une
hiérarchie sur le choix de ces sites. De ce fait, tous les lieux
exposés ci-dessous n'ont pas (encore) fait l'état de mesures sur
le terrain, mais cela peut être une des prospectives pour l'année
prochaine, lors du mémoire de Master 2.
Il nous semblait logique de nous concentrer principalement sur
l'étude de la végétation en zone urbaine. C'est
principalement sur cette thématique que s'organisent les recherches
menées actuellement en climatologie urbaine à Strasbourg. Si la
végétation est d'ores et déjà
considérée comme un élément permettant de
rafraîchir le climat urbain, du moins au niveau local, le rôle de
l'eau est beaucoup moins évident à mettre en lumière. En
effet, il n'y a pas réellement d'études qui permettent d'affirmer
que l'eau est un élément permettant de rafraîchir
localement une zone et d'améliorer ainsi le confort thermique. C'est
dans cette optique que nous tenterons d'apporter des hypothèses à
cette question encore non résolue.
Chaque site a bénéficié de deux jours de
mesures au minimum, afin de valider les résultats obtenus lors de la
première journée. Les relevés ont bien évidemment
été effectués par beau temps, afin de
bénéficier du maximum de rayonnement et de pouvoir comparer les
sites entre eux, notamment par l'intermédiaire de la température
ambiante. Ceci n'a pas toujours été facile à mettre en
place, étant donné les conditions changeantes pouvant survenir au
sein même d'une journée.
Chaque site a été exploité le matin et
l'après-midi, afin de pouvoir observer les évolutions
journalières de la zone en question. Les plages horaires de mesures ont
été sensiblement les mêmes, à savoir entre 9h et
16h, avec plus ou moins 30 minutes de décalage entre les sites.
N.B : chaque site possède les photos relatives à
chaque point de mesure, ainsi que sa fiche expérimentale (voir
annexes).
42
4.1. Influence de la végétation
A. Jardin de l'université et campus de
l'Esplanade
Le site où nous avons décidé de faire nos
premières mesures se localise au niveau du quartier de l'Observatoire et
de l'Esplanade (Figure 10 + Annexe 7 Fiche 1).
Figure 10 : premier site d'étude (jardin
universitaire)
L'intérêt réside ici par rapport au jardin
botanique et universitaire. Crée en 1619, il s'étend sur plus de
3.5 hectares et recense près de 6 000 espèces de plantes. C'est
un endroit stratégique, en raison de son intégration au campus de
l'Université et où transite et se repose une grande partie des 40
000 étudiants que compte l'Université de Strasbourg. Il est donc
particulièrement intéressant de se pencher sur les alentours du
jardin, dans le but de voir si ce parc urbain exerce une influence sur les rues
qui le borde. L'intérêt est d'autant plus grand que le campus de
l'Esplanade vient de bénéficier d'un réaménagement
« vert », changeant probablement les choses en termes de confort
thermique. C'est dans cette optique que deux transects ont été
envisagés.
La foule présente sur le site d'étude est
essentiellement transitoire et composée d'étudiants, du fait de
l'implantation des nombreux bâtiments universitaires.
43
Cependant, durant les saisons printanières et
estivales, il y est plus courant de trouver une population stationnaire,
profitant des nouveaux aménagements verts du campus et du jardin
universitaire.
Les mesures des deux transects ont été
réalisées les 21 et 23 Avril, ainsi que le 18 Mai.
Le premier tracé possède une orientation
Nord-Sud et s'échelonne de la rue de l'Observatoire jusqu'au niveau de
la Faculté de droit. Il comprend six points de mesure.
Le point 1 est situé sur le trottoir de droite juste
avant le croisement entre la rue de l'Observatoire et la rue Schoch, en face du
planétarium. La rue est large d'environ 13 mètres, tandis que les
bâtiments qui bordent le côté où les mesures sont
faites atteignent les 20 mètres de haut. Le sol est composé de
pavés de couleur gris clair et dispose donc d'un albédo
relativement élevé (environ 0.45). Une légère bande
végétale de type arbustive se trouve à proximité
directe du point de mesure, près du bâtiment, tandis que sur le
trottoir d'en face se trouve l'extrémité Est du jardin
botanique.
Le point 2 est situé à l'extrémité
Sud de la rue de l'Observatoire, sur le même trottoir que le point 1. Les
conditions à proximité sont légèrement
différentes, étant donné qu'il n'y a plus de strate
arbustive accolée au trottoir. Ce deuxième point est plus ouvert
car il est situé au bout de la rue et le bâti est relativement
dispersé au-delà de celle-ci. On pourra ici potentiellement
comparer l'influence de la présence d'arbustes à proximité
directe du point de mesure.
Le troisième point se localise devant la Faculté
de Chimie. Le bâti est ici beaucoup plus lâche par rapport aux deux
premiers points. L'air y circule plus facilement et y est moins
canalisée que dans la rue de l'Observatoire. Le sol est en pavé
de couleur bleu-gris, ce qui lui confère un albédo important,
tout comme le bâtiment de Chimie lui-même. Le milieu de
l'allée, à proximité directe du point de mesure est
agrémenté de pelouse encadrée d'arbres relativement jeunes
plantés récemment.
Le point 4 est situé en face de la Faculté de
Droit sur un sol graveleux et qui dispose donc d'un albédo moins
élevé, bien qu'il soit de couleur claire. Ce point est encore
plus aéré que ceux repérés
précédemment, les bâtiments alentours se trouvant à
plusieurs dizaines de mètres du point de mesure.
Les deux points suivants n'ont fait l'objet de mesures que
lors d'une journée, celle du 18 Mai. Nous nous sommes rendu compte qu'il
pouvait être intéressant de comparer les mesures sur une zone
spatiale semblable mais avec des conditions différentes. En effet, le
point Vég1 se trouve sur une zone de pelouse, à l'ombre d'un
arbre, tandis que le point Vég2 est située sur la même
surface mais au soleil, ce qui permettra de comparer d'un côté les
mesures entre ombre et soleil, et de l'autre, la différence entre une
surface graveleuse et herbacée.
Le deuxième transect s'effectue le long de la ligne de
tram selon une orientation Est-Ouest. Il comprend quant à lui quatre
points de mesure. Le canyon urbain où celles-ci s'effectuent est plus
large que pour les deux premiers points (1 et 2) du parcourt
précédent, environ 33 mètres. Deux bandes d'arbres sont
disposées de part et d'autre de l'allée centrale
réservée aux cyclistes et piétons, au centre du canyon.
Le point A se localise en face du restaurant universitaire,
entre l'arrêt du tram « Observatoire » et «
Universités ».
44
Le trottoir droit sur lequel a été faite la
mesure est composé du même genre de pavés que ceux
observés dans la rue de l'Observatoire. Seulement ici, nous somme
accolés à un bâtiment, ce qui aura probablement un impact
radiatif observable sur les données relevées. La hauteur des
bâtiments reste cependant semblable à celle observée dans
la rue de l'Observatoire.
Le point B se situe juste après l'arrêt de tram
Observatoire. Le sol est sensiblement le même qu'au point
précédent. Le changement réside ici dans le fait qu'on est
à proximité directe du jardin botanique. Cette opposition entre
bâti du point A et végétation au point B sera probablement
intéressante à analyser.
Le point C est situé au carrefour entre l'avenue du
Général de Gaulle et la rue Vauban, à proximité
d'un bureau de tabac. On se trouve près d'un immeuble relativement haut
(30 mètres environ) et de couleur claire. Le sol pavé est
semblable à celui observé lors des points
précédents. La végétation y est moins
présente et le site est assez propice aux rafales et autres
perturbations venteuses en raison de sa confluence entre deux grands axes.
Le dernier point de ce transect (point D) se localise devant
l'école Robert-Schumann. Le sol est le même qu'au point C. La
végétation y est également plus faible. En revanche, le
bâtiment est plus éloigné du point de mesure et beaucoup
moins haut, ce qui limite considérablement son influence. Cependant, on
pourra noter la présence de nombreux véhicules garés
devant l'école, pouvant jouer un rôle au niveau radiatif et
d'apport de chaleur (chaleur sensible).
L'intérêt de ce site est que nous disposons
également de la station fixe, basée au sein du jardin
universitaire (Annexe 6). De ce fait, nous pourrons comparer
certains paramètres entre les points de nos transects et le parc urbain,
ce qui apporte un plus non négligeable.
4.2. Influence de la végétation et de
l'eau
A. Gallia - République - Broglie
Ce transect est composé de huit points de mesure et
s'étale de l'arrêt de tram Gallia (avenue de la Marseillaise)
jusqu'à la place du Petit Broglie, non loin du centre-ville
(Figure 11 + Annexe 7 Fiche 2).
45
Figure 11 : deuxième site d'étude (Gallia -
République - Broglie)
La foule liée à ces espaces est plutôt
mixte et transitoire, hormis au niveau du parc de la République, ce
dernier pouvant faire office de lieu de repos et de détente lorsque le
temps y est favorable.
Les mesures pour ces sites ont été faites les 11
et 12 Mai, lors de belles journées, malgré une situation
légèrement voilée le matin. On y recense huit points de
mesure.
L'objectif est ici de montrer à la fois l'influence de
la végétation, mais aussi de l'eau avec notamment trois points
spécifiques. L'intérêt de la place de la République
réside tout comme le jardin botanique dans sa localisation
stratégique. En effet, celle-ci rayonne autour de trois grands canyons
urbains majeurs de Strasbourg. Au Nord, l'avenue de la Paix, qui rejoint le
parc des Contades et s'étalant jusqu'à l'extrémité
Nord de la ville (intra-muros), sur environ 750 mètres. A l'Est,
l'avenue de la Liberté, qui conflue avec le Palais universitaire sur
plus de 600 mètres. Et au Sud-Ouest, la place du Petit Broglie, qui
rejoint ensuite la rue de la Mésange et déboule un peu plus loin
sur la place Kléber, avec presque 800 mètre de canyon urbain.
Les deux premiers canyons urbains ont pratiquement les
mêmes caractéristiques en termes de morphologie urbaine, à
savoir des bâtiments d'une vingtaine de mètres maximum pour des
rues larges d'environ 25 mètres. Ceci nous permet de mettre en avant le
rapport H/W d'Oke (1987). En effet, dans cette situation, le rapport est
quasiment égal à 1, ce qui est un indice très satisfaisant
en termes de bilan radiatif. Ceci favorise un apport de chaleur de par le
rayonnement en journée, mais aussi un bon refroidissement des rues la
nuit.
46
En ce qui concerne le dernier canyon qui débouche sur
la place Kléber, les valeurs sont quasiment identiques à partir
de la rue de la Mésange, la place Broglie étant beaucoup plus
aérée et plus large, avec cependant des bâtiments de
hauteurs comparables à ceux des deux autres axes.
Le point A se situe précisément sur le pont au
niveau de Gallia, entre la fin du boulevard de la Victoire et le début
de l'avenue de la Marseillaise. C'est un espace dégagé, où
le vent circule facilement. Le sol est fait d'asphalte, ce qui lui
confère un albédo très faible (0.05) et potentiellement
non favorable au confort thermique, car il retient beaucoup de chaleur. La
végétation se trouve à proximité des berges de
l'Ill, non loin du point B. Ce deuxième point est d'ailleurs quasiment
au même niveau que le premier, sauf qu'on est sous le pont et au plus
près de l'eau. La végétation est cette-fois ci à
proximité directe du point de mesure et se constitue essentiellement de
pelouse et d'arbres de taille moyenne. Le sol est cette fois-ci composé
de pavés et possède donc un albédo plus
élevé que sur le pont. La circulation du vent est
canalisée préférentiellement du fait que l'on se trouve
dans une sorte de cuvette. Cependant, au moment des mesures, des plaques de
taules étaient disposées sous le pont, sûrement dans le but
d'interdire l'accès aux squatteurs. Ces éléments ont pour
effet de bloquer le « courant d'air » induit par la présence
du pont. Ces deux points nous semblent plus particulièrement
intéressants, dans le but de savoir si l'eau peut jouer un rôle
« rafraîchissant ». Le fait que nous nous trouvons sur deux
types de sol à albédos différents peut également
avoir une influence.
Aux vues des premiers résultats, nous avons
décidé de rajouter un point de mesure (Eau test) afin de
confirmer les résultats plutôt étonnants relevés au
point B. Ce point supplémentaire se trouve également le long de
la berge, mais un petit peu plus en hauteur que le point B. Ceci a notamment
permis de confirmer les hypothèses émises à ce sujet.
Le point C se trouve quant à lui au niveau de la poste,
au milieu de l'avenue de la Marseillaise. Le sol est dallé et à
proximité d'une rangée d'arbres homogènes où sont
stationnées de manière continue de nombreuses voitures. Ce point
est exposé à l'ombre toute la journée, de par l'ombre
portée du bâtiment en face le matin et via l'ombre des arbres
l'après-midi. Il en est de même pour l'autre trottoir, subissant
la même logique radiative.
Le point D est à nouveau pourvu d'asphalte et se situe
au niveau de l'arrêt de tram République, derrière le jardin
du musée Tomi Ungerer. La végétation y est plus
importante, notamment par la présence d'arbres qui offrent une situation
ombragée quelle que soit l'heure de la journée. Ce point de
mesure est relativement venteux en raison de son ouverture sur la place de la
République.
Le point E se situe en plein coeur du parc de la
République, juste devant la statue. Le sol y est graveleux, comparable
à celui qu'on trouve devant la Faculté de droit. Le parc est
essentiellement constitué de parcelles de pelouses avec quelques gros
arbres qui viennent parsemer les lieux. La place en elle-même est quant
à elle entourée d'arbres plus jeunes mais implantés de
manière plus homogène.
Le point F a également pour objectif de mettre en avant
le rôle de l'eau. On se trouve au bout du pont du Théâtre,
qui débouche sur la place Broglie. On retrouve un sol asphalté,
avec à proximité le muret du pont, comme ce fut le cas pour le
point A.
47
Les conditions sont globalement les mêmes, même si
le point F se trouve plus proche d'un parc urbain que le point A et il sera
intéressant de comparer leurs valeurs. On pourra aussi voir si la mesure
faite au sein même du parc est différente (plus fraîche
à première vue) que celle des deux points suivants, ce qui
explicitera le rôle de la végétation.
Enfin, le dernier point de mesure de ce transect se positionne
au niveau de la place Broglie, plus précisément en face de
l'Opéra. Deux lignes de platanes homogènes traversent la place du
Nord au Sud. Cependant, on notera que lors de nos mesures, les arbres
n'étaient pas encore pourvus de toutes leurs feuilles.
L'élément végétatif est donc à mettre en
second plan pour ce site. La place est quant à elle assez
espacée, propice à un vent régulier et le sol est
pavé.
B. Place Kléber et environs
Le site de la place Kléber a été
spécifiquement choisi afin d'être notre zone d'étude de
référence concernant le milieu minéral. En effet, la
totalité de la place est recouverte de pierres, prenant la forme de
pavés gréseux ou de dalles de granites. Il sera alors
intéressant de pouvoir comparer les valeurs relevées ici avec
celles mesurées au niveau de la Faculté de Droit, où la
surface était plutôt de nature graveleuse/sableuse, avec
également des zones de pelouse qui ont pu être
exploitées.
Ce site comporte de nombreuses mesures, en raison de son
intérêt tout particulier (Figure 12 + Annexe 7 Fiche
3).
Figure 12 : premier jour - site Kléber
48
En effet, la place Kléber est le point de
référence (avec la place de la Cathédrale) de la ville de
Strasbourg. Il est donc un lieu hautement symbolique et stratégique,
notamment d'un point de vue commercial. Plusieurs cafés et commerces
entourent d'ailleurs le site en question. On remarque cependant une nette
différenciation entre le Nord et le Sud de la place. De par la
morphologie urbaine, la végétation implantée (« bacs
verts ») et les ombres portées qui surplombent la place, on observe
un nombre plus important de terrasses au Sud de celle-ci. En revanche, le Nord
est nettement moins marqué par la présence de cafés
possédant des terrasses, ce qui pourrait nous indiquer que cette zone
est d'un premier abord moins confortable durant la journée que celle
située plus en contre-bas. Cela pourra peut-être se confirmer
à la suite des mesures.
En plus de constituer notre site de référence
concernant notre zone à majorité minérale, la place
Kléber a également pour mission de déterminer si les
points d'eau à fontaines, installés durant la période
printanière et estivale ont une influence sur le confort thermique
local.
En complément de ces analyses, il sera
intéressant de se pencher sur l'apport des quelques arbres qui ont
été implantés autour de la place, ainsi que des petites
parcelles de végétations arbustives localisées à
proximité des terrasses, au Sud de la place.
Enfin, la troisième analyse concernera la morphologie
urbaine et l'orientation des rues qui débouchent sur la place. Cette
partie n'a malheureusement pas été mise en oeuvre, du fait du
mauvais temps et de la contrainte temporelle de cette étude.
La foule présente au sein de cette place est
logiquement très importante. Elle est de nature mixte, à la fois
stationnaire (durant la belle saison) et transitoire (lieu de passage vers
d'autres places stratégiques).
Durant la première journée de mesures (22 Mai),
il a d'abord été question de cerner le site d'étude. Pour
cela, plusieurs points de mesures ont été fixés en
fonction de chaque paramètre à évaluer.
Pour ce qui est de l'eau, cinq points de mesures se
répartissent autour des deux bassins localisés au milieu de la
place.
Tous les points sont situés sur un sol dallé en
marbre, ayant un albédo relativement élevé. On peut
constater une opposition des points 2 et 3, ainsi que 1 et 5. Le but
étant de savoir si le bâtiment à proximité (Aubette
et Apple Store) possède un impact sur les mesures qui ont
été faites au plus proche de ce dernier. Le point 4 aura
plutôt tendance à voir si on peut établir un point de
référence, en concordance avec les résultats obtenus des
autres points, afin de gagner du temps sur les prochaines mesures et de pouvoir
comparer les différents points de référence entre eux.
Les mesures 6, 7 et 8, qui ont été faites pour
étudier le rôle de la végétation se placent sur un
sol différent. En effet, on est ici sur un pavage gréseux,
possédant un albédo légèrement plus important que
précédemment. Les points 6 et 7 diffèrent essentiellement
de par la nature de la végétation. En effet, on a pu observer que
les arbres implantés au niveau du point 6 étaient plus jeunes et
moins hauts que ceux du point 7, pouvant potentiellement changer la donne du
fait de leur transpiration différente. Les arbres plus vieux ayant une
surface folière plus importante ont logiquement tendance à
transpirer plus qu'un jeune arbre encore peu développé.
49
Cependant, il faut néanmoins prendre en compte
l'espèce de l'arbre, qui peut également avoir un rôle
à jouer sur ce paramètre. Pour les deux points 6 et 7, on a une
combinaison de feuillus et de conifères. Il aurait pu être
intéressant de connaître les essences précises des
espèces au niveau desquelles les mesures ont été
effectuées, mais le manque de temps et l'orientation de notre
étude, encore assez générale, ne nécessite pas pour
le moment ce genre de précision, qui pourrait cependant être
nécessaire si les études se poursuivaient et se
spécialisaient encore plus sur la végétation durant les
années à venir.
Le point 9 a été déterminé dans le
but d'estimer le confort thermique de cette zone précise, située
au niveau des deux seules terrasses de café de cette partie Nord de la
place. Il sera intéressant de pouvoir comparer cette valeur avec celle
relevée au point 8, au niveau des terrasses du Sud de la place,
où la végétation y est plus présente. De plus, nous
pourrons ici comparer la différence entre les deux types de sol. En
effet, le point 9 se situe sur le dallage en granite tandis que le point 8 se
trouve sur la zone pavée gréseuse.
En ce qui concerne le transect, il a pour objectif de mettre
en évidence la morphologie urbaine. La rue de l'Outre (points A et B) et
la rue de la Grange (points D et E) sont relativement différentes du
fait de leur gabarit. La rue de la Grange possède un rapport H/W plus
faible que celle de l'Outre. La hauteur des bâtiments est semblable mais
la largeur de la rue est doublée au niveau des points D et E par rapport
au point B. Il sera également intéressant de comparer les deux
points de la rue de la Grange avec celui de la rue des Etudiants (point A),
afin de voir si l'on obtient des résultats semblables, bien que ce
dernier soit situé dans une zone moins confinée.
On notera que les points B, D et E sont situés sur un
sol pavé, tandis que le point A se trouve sur de l'asphalte, ayant un
albédo bien plus faible que les pavés. Enfin, notre point C, en
plein milieu de la place Kléber, constituera notre point de
référence et permettra d'être notamment comparé aux
mesures réalisées à proximité de l'eau et de la
végétation.
La deuxième journée de mesures (26 Mai)
était censée être consacrée à la validation
des résultats obtenus lors de la première. L'intérêt
était de diminuer le nombre de relevés autour de la place, afin
de garder ceux étant les plus représentatifs de chaque milieu
(minéral, eau, végétation) et de pouvoir également
se pencher sur notre deuxième transect, qui n'a finalement pas
été exploité comme dit précédemment.
En ce qui concerne les deux transects que nous voulons
étudier initialement, nous avons choisi trois points de mesures de part
et d'autres afin de pouvoir analyser l'évolution temporelle des deux
canyons urbains grâce aux deux charrettes, en plus de l'aspect de
l'orientation des rues (Figure 13).
Le premier tracé (points 1, 2 et 3), de direction
Est-Ouest, prend forme au sein de la rue du 22 Novembre, tandis que le second
(points A, B et C), d'orientation inverse, à savoir Nord-Sud, se place
dans la rue des Francs Bourgeois ainsi qu'au tout début de la rue de la
Division-Leclerc.
On notera une différence au niveau de la nature du sol
pour le premier transect, le premier point prenant la forme d'un dallage
similaire à celui de la place Kléber, tandis que les deux
derniers s'établissent sur de l'asphalte, comme ce fut le cas au niveau
de la rue des Etudiants la première journée.
50
Figure 13 : deuxième jour - site
Kléber
Pour l'autre parcourt, on est sur une surface dallée,
de même nature que celle de la place Kléber et des points 2 et
3.
Ces deux canyons urbains font preuve de
caractéristiques géométriques identiques, d'où le
choix de ces sites. On observe une hauteur des bâtiments semblable, au
maximum 20 mètres de haut, avec des rues larges d'environ 15
mètres, ce qui leur confèrent un rapport H/W proche de 1,
très satisfaisant d'un point de vue radiatif.
Tous les points ont donc des caractères similaires,
également pour ce qui est des bâtiments à proximité,
avec des vitrines de types commerciales. On notera cependant un petit
bémol pour ce qui est du point C, qui a été
intentionnellement fixé sous un feuillu assez mature et
développé, afin de pouvoir comparer une situation avec et sans
présence d'arbre.
L'intérêt d'établir ces deux transects au
niveau de ces rues résidait également dans le fait que nous
disposions d'une petite station météorologique fixe,
implantée au niveau du magasin des Galeries Lafayette. Celle-ci est
composée d'un globe gris mesurant la température ambiante,
semblable à celui de nos charrettes, ainsi que d'un abri mesurant la
température de l'air et l'humidité, également identique
à celui installé sur nos dispositifs. Il aurait été
intéressant de pouvoir comparer les données relevées sur
ce site fixe en fonction des données mesurées au sein même
de la place et sur nos mesures mobiles.
Ce dernier site avait donc comme but d'apporter en plus de
l'analyse spatiale, une dimension temporelle qui n'avait pas encore
été traitée jusqu'à présent.
51
Le mauvais temps nous a donc poussés à changer
notre stratégie expérimentale assez rapidement et nous avons
décidé de nous pencher uniquement sur la place elle-même,
pour son caractère plus important par rapport aux rues adjacentes.
Comme nous disposons cette fois-ci des deux charrettes, nous
avons pu établir des mesures au même moment afin de comparer deux
milieux différents (entre la place, l'eau et la
végétation) (Figure 13). Nous avons pu aussi
comparer les valeurs des deux charrettes entre elles, afin de tester leur
réponse et leur fiabilité selon différentes conditions
météorologiques et de l'environnement alentour. Ceci a
été complémentaire à l'analyse comparative de la
partie II.
C. Place de la Cathédrale
N.B : il convient de préciser que les trois derniers
sites qui sont exposés ci-dessous, celui-ci compris, n'ont pas fait
l'objet de mesures concrètes sur le terrain. Ils pourraient cependant
être pris en compte lors de la suite de cette étude, l'an prochain
et les années suivantes.
La place de la Cathédrale fait part bien
évidemment de nos lieux d'intérêts concernant cette
étude thermique. Lieu hautement symbolique de Strasbourg, elle est
parsemée de nombreuses terrasses de café ainsi que de nombreux
commerces. La foule y est importante, à la fois stationnaire et
transitoire et ceci toute l'année. Cette place se différencie de
la place Kléber, car elle est moins aérée et plus
ombrée par sa structure enclose. En revanche, sa géométrie
en fait un lieu où le vent s'engouffre très facilement, ce qui
provoque un souffle en rafale, contrairement à la place Kléber
où celui-ci est bien plus régulier.
L'intérêt du site en question est d'arriver
à estimer l'amélioration thermique supposée après
les nouveaux aménagements verts au niveau de la place du Château
(Figure 14 + Annexe 7 Fiche 4). Pour cela, un premier
transect, composé de six points a été
déterminé (points 1 à 6). Ces points sont tous
situés sur un sol pavé combiné de bandes de type granite
et de type grès des Vosges. Il sera intéressant de pouvoir
comparer les points 3 et 4, où s'implante désormais la
végétation de la place du Château (non visible sur l'image
satellite) et les points 5 et 6, où l'absence de
végétation y est notable. Il sera également très
important d'établir des mesures dans les mêmes conditions,
préférentiellement au soleil, car les points 5 et 6 peuvent plus
facilement être à l'ombre durant la journée que les points
3 et 4 (ombre portée de la Cathédrale). Pour comparer ces quatre
points, il sera d'ailleurs plus logique de prendre deux charrettes, afin
d'établir les mesures dans un même temps et de pouvoir comparer
l'évolution journalière des tracés.
Le deuxième transect (points A à F) vise quant
à lui à déterminer si le canal de l'Ill, située
à l'extrémité de la rue du Maroquin, apporte un effet
bénéfique sur cette même rue. Le point D est
également située à proximité directe d'un petit
jardin, où il sera intéressant de voir si l'ambiance thermique
varie à ce niveau précis, par rapport aux points A ou E par
exemple. On précisera que la nature du sol est la même que pour
les autres points, ce qui facilitera à priori l'interprétation
des résultats.
52
Figure 14 : place de la Cathédrale
Il conviendra de rappeler que l'analyse de cette place est
d'autant plus stratégique que de nombreux cafés la
parsèment. L'idéal serait donc d'arriver à
déterminer quelles zones peuvent être les plus favorables d'un
point de vue du confort thermique pour l'implantation de ces commerces.
D. Malraux - Rive étoile
Situé entre le quartier de l'Esplanade (au Nord) et
celui du Neudorf (au Sud), ce site nous paraissait très
intéressant comme il est très ouvert et aéré. De
plus, il est localisé à proximité directe du canal de
l'Ill, qui est d'ailleurs ici plus large qu'au niveau du centre-ville et qui
exercera peut être une influence supérieure sur ses environs.
C'est en tout cas ce que nous chercherons à mettre en avant
(Figure 15 + Annexe 7 Fiche 5).
La foule est ici surtout transitoire les trois quarts de
l'année, dû à l'implantation de l'UGC ciné
cité étoile et du centre commercial « Rive étoile
». Cependant, la période printanière et estivale marque
l'apparition d'aménagements favorisant les lieux de loisirs et de
détente.
Il a été décidé d'établir
sur ce site deux transects axés Nord-Sud, qui devront être
réalisés simultanément pour pouvoir interpréter les
résultats en même temps et arriver à déterminer une
logique temporelle. Pour cela, trois points seulement ont été
déterminés afin de ne pas perdre de temps sur chaque
tracé.
53
Figure 15 : Malraux- rive étoile
Les deux charrettes partiront du point A dans deux sens
opposés. La première continuera vers le Sud en direction du
centre commercial, tandis que la seconde partira vers le Nord jusqu'au niveau
de la résidence étudiante Paul Appell.
Le but est ici d'opposer deux combinaisons
d'éléments différents : au Nord, l'association de type
« minéral/végétal/eau » et au Sud, l'agencement
« minéral/eau ».
Il sera particulièrement intéressant d'arriver
à déterminer si la végétation, en plus du facteur
eau, modifie les conditions ambiantes par rapport à une zone non
végétalisée à tendance minérale. C'est tout
l'intérêt de cette mesure. Il conviendra aussi de se pencher sur
l'aire d'influence que peut avoir ce canal.
Le rôle de l'eau est donc davantage mis en avant sur ce
site que par rapport aux autres, mais on essaiera également de mettre en
lumière l'influence de la végétation au niveau du quai des
Alpes et des zones de pelouses à proximité de la résidence
Paul Appell.
On précisera que l'on se trouve sur du béton au
niveau de la presqu'île et du centre commercial, mais sur des
pavés à partir du quai des Alpes.
54
4.3. Influence de la morphologie urbaine
A. Rues de Sellenick et du Général
Rapp
Ce dernier site, moins important à nos yeux, a
été déterminé afin d'analyser l'influence pure de
la géométrie urbaine et surtout de l'orientation des rues sur le
confort thermique. Ce quartier se situe au Nord du centre-ville de Strasbourg,
plus précisément à l'Ouest du parc des Contades
(Figure 16 + Annexe 7 Fiche 6).
Figure 16 : rues Sellenick/Général
Rapp
Nous avons donc dû choisir deux canyons urbains
possédant sensiblement les mêmes caractéristiques. Des
bâtiments de hauteur identique (une vingtaine de mètres maximum),
une largeur de rue semblable (12-13 m) et surtout, une absence totale de
végétation.
De plus, ce site se différencie globalement des autres
dans le sens où la foule y est très peu importante, car la
fonction de ce quartier est purement résidentielle.
Il a été assez difficile de trouver deux rues
n'étant pas influencées directement par la présence de
végétation, étant donné que la ville regorge de
petits parcs et autres parcelles vertes en tout genre. Il a aussi fallu
combiner ce paramètre avec l'orientation, chose qui n'a pas non plus
été très aisée.
Les deux transects possèdent donc une orientation
inverse : Nord-Sud pour la rue du Général Rapp (points A, B et C)
et Est-Ouest pour la rue de Sellenick (points 1, 2 et 3).
55
Là aussi, trois points seulement ont été
retenus afin de pouvoir suivre l'évolution temporelle des rues en
matière d'ambiance thermique. L'utilisation de deux charrettes sera donc
nécessaire. Les nouvelles études de climatologie urbaine
menées à Strasbourg commencent d'ailleurs à
s'intéresser au parc des Contades et à son influence sur les rues
alentour. L'analyse de ces deux rues, encore assez éloignées du
parc lui-même pourra être intéressante, essentiellement dans
la comparaison avec les mesures au sein même du parc et dans des rues se
trouvant à proximité directe.
La mise en place de cette stratégie a pris du temps et
s'est vue modifiée de nombreuses fois. Il a donc été
nécessaire de s'adapter à la météo et au temps
imparti pour réaliser ce travail.
III. Difficultés rencontrées,
résultats et perspectives
N.B : la partie concernant les résultats se trouve ici
très raccourcie en raison de son aspect plus secondaire dans ce travail.
Il conviendra de se référer au mémoire de Nathalia
Philipps pour approfondir les principaux éléments soulevés
ici.
1. Difficultés rencontrées
Le domaine du confort thermique en extérieur
étant encore peu exploité en France, il a été
très difficile de trouver des documents rédigés
francophones. Seules quelques rares études sur le confort thermique ont
pu être exploitées. Ces dernières ont néanmoins
été utiles pour affiner quelques définitions assez
générales ou permettre une meilleure compréhension de
l'utilisation de certains indices, notamment le WBGT. Le reste de la
littérature scientifique étant en anglais, un temps d'adaptation
face au vocabulaire fut nécessaire.
Le fait que les indices de confort soient très nombreux
a également été source de complication, essentiellement au
début de la recherche bibliographique. En effet, on se retrouve vite
« noyé » dans la masse d'informations, d'autant plus qu'on a
généralement du mal à savoir quelles sont les
spécificités de chacun. Les situations dans lesquelles ils
s'utilisent ne sont pas toujours explicitées, ce qui a compliqué
le choix des indices retenus pour cette étude. Il y a de surplus assez
peu d'articles comparatifs qui permettent notamment de juger de la
qualité de chacun d'eux. Il a donc aussi fallut s'adapter par rapport
aux appareils de mesure disponibles pour effectuer cette sélection.
Il convient également de préciser que
très peu d'études décrivent avec précision le
dispositif de mesure utilisé. On ne peut donc pas réellement
s'appuyer sur une étude antérieure et c'est donc un vrai travail
innovant qu'il a fallu mettre en place.
56
Il en est de même concernant les stratégies
expérimentales, où celles-ci sont très vaguement
exposées au sein des articles, se résumant
généralement à une localisation assez simpliste du ou des
sites d'études. Cette observation rend donc ce travail encore plus
important par rapport au fait que très peu de personnes ont
réellement pris le temps de le faire, les résultats primant sur
le côté technique.
En ce qui concerne les globes gris et noir, beaucoup d'auteurs
en font référence dans leurs articles, utilisant alors l'un ou
l'autre pour calculer Tmrt et la température ambiante nécessaires
au calcul des indices de confort. Cependant, aucune étude
sérieuse n'a finalement permis de les comparer entre eux comme ce fut le
cas ici. Il est étonnant que ce travail d'amont, pourtant indispensable,
ne figure pas plus souvent au sein des textes élaborés sur cette
thématique. Enfin, des contraintes temporelles et
météorologiques sont venues perturber les mesures, surtout vers
la fin du travail. En effet, avec le temps assez court dont nous disposions
pour mener l'étude, cela n'a pas été facile d'organiser
les journées de mesures, c'est pourquoi le site de la place
Kléber n'a pas eu le temps d'être traité
complètement, ainsi que les suivants (voir partie II). Les
prévisions météorologiques étant ce qu'elles sont,
il a fallu s'adapter de nombreuses fois et adapter également la
stratégie expérimentale. Cette dernière a d'ailleurs fait
l'objet de plusieurs modifications et il a notamment été assez
difficile de trouver un site témoin minéral (Rue Sellenick), du
fait de la végétation importante présente au sein de la
ville.
Enfin, comme c'est la première fois que le dispositif
de mesure est utilisé, il y a eu quelques soucis concernant
l'acquisition des données, notamment le problème de coefficient
du rayonnement ainsi qu'un léger doute sur le programme des charrettes,
aussitôt enlevé une fois la révision de celui-ci.
Ces quelques petits problèmes techniques n'ont
cependant pas entachés la fiabilité des résultats que l'on
a pu obtenir. Ils sont même nécessaires afin de garder un oeil
critique sur son matériel et éviter ainsi des erreurs qui
auraient pu être faites par le passé.
2. Résultats et perspectives
Les résultats les plus probants ont été
obtenus sur la végétation, où les efforts avaient
été majoritairement entrepris. Il a notamment été
possible de repérer différents facteurs qui permettent
d'améliorer le confort thermique grâce à cet
élément.
Un des paramètres qui paraît le plus logique est
l'ombrage apporté par les arbres (place Kléber par exemple). Ceci
se ressent notamment au niveau des indices de confort rationnels qui diminuent
assez nettement par rapport à des endroits exposés au
rayonnement.
La densité végétative implantée
sur les sites en question joue également un rôle important, aussi
bien sur l'ombre apportée que sur son rafraichissement. En effet, la
densité doit être suffisamment importante pour exercer une
influence. Le campus et le jardin en sont la preuve. En effet, malgré la
présence d'arbres, le point situé devant la Faculté de
Droit reste très inconfortable tandis que les points situés
à proximité du jardin offrent une situation plus agréable,
alors même qu'on se trouve en plein canyon urbain.
57
L'effet de la localisation spatiale est également
à prendre en compte, notamment si on se trouve à proximité
d'un bâtiment, ce dernier pouvant modérer le rafraichissement
induit par la végétation, via un apport de chaleur
relâchée par les matériaux.
Le type de surface du sol possède également son
influence. Les indices ont d'ailleurs montré une différence
notable en terme de confort entre un sol recouvert de pelouse et une surface
graveleuse/sableuse, comme ce fut le cas devant la Faculté de Droit.
L'évapotranspiration du gazon (chaleur latente) permet en effet de
rafraîchir la surface et les conditions d'ambiance se trouvant à
proximité directe du point de mesure. Il est aussi question
d'albédo, ce dernier paramètre réfléchissant plus
ou moins bien le rayonnement et retenant de ce fait plus ou moins bien la
chaleur.
Enfin, l'influence du jardin universitaire a pu être
mise en avant, par l'intermédiaire de deux points établis lors du
premier transect. En effet, on a pu constater une amélioration thermique
lorsqu'on se trouvait à proximité du jardin (arrêt de tram
« Observatoire ») par rapport au point situé en face du
restaurant universitaire, juste à proximité d'un immeuble. Il n'y
a donc aucun doute quant à l'influence du jardin, ce dernier
étant suffisamment grand pour rafraîchir localement les rues qui
le bordent. Il est en revanche plus difficile d'établir jusqu'où
s'exerce cette influence.
De ce fait, si ce transect était à refaire, il
serait intéressant d'intégrer des points de mesure au sein
même du jardin, chose qui n'a pas été le cas pour cette
fois et de s'en éloigner progressivement pour arriver à estimer
le « rayonnement » du parc. Cela permettrait également de
renforcer l'analyse temporelle qui n'a pas été réellement
entreprise cette année. Par exemple, il aurait pu être judicieux
de partir du jardin à un même point et de s'éloigner de
celui-ci dans deux directions contraires, afin de pouvoir comparer l'influence
du jardin sur la zone au Nord de celui-ci et au Sud. On retrouve en effet
plusieurs grands canyons urbains au Nord du jardin, dépourvu de
végétation, tandis qu'au Sud, le bâti est beaucoup plus
lâche et nettement plus vert. On aurait alors pu potentiellement comparer
les deux situations et voir si les aménagements verts du Campus
étaient complémentaires au rôle du jardin en
lui-même.
L'évaluation de l'influence de l'eau a
été beaucoup plus difficile à mettre en avant. Il est
même impossible de dire à l'heure actuelle si l'eau joue un
rôle sur le confort thermique. Cette étude a renforcé les
doutes qui avaient été émis au préalable. En effet,
les bassins d'eau au niveau de la place Kléber n'ont
démontré aucune influence sur le confort thermique et les indices
de confort calculés n'ont pas non plus permis de mettre en avant son
impact. Les bâtiments à proximité jouent peut être
aussi un rôle compensatoire en apportant de la chaleur et en limitant
fortement le rôle de l'eau. Si les bâtiments exercent une pression
plus importante sur l'ambiance thermique que l'eau elle-même, cela
pourrait considérablement limiter son apport bénéfique en
période de fortes chaleurs et rendre l'aménagement du territoire
difficile si l'on veut tenir compte de cette spécificité.
Il faudrait sûrement approfondir cette question durant
les années à venir. C'est dans cette optique que le site «
Malraux » a suscité notre intérêt et de plus en plus
au cours de cette étude. En effet, il est aussi peut être question
d'un volume d'eau seuil, à partir duquel l'amélioration du
confort thermique se fait ressentir. Au niveau de ce site, le canal est bien
plus large qu'au niveau de République et l'environnement alentour est
bien plus dégagé, ce qui donnera peut-être des
relevés plus intéressants dû à la plus grande
proximité avec le milieu aquatique.
58
Le dernier aspect qui a été abordé au
cours de ce travail concerne le rôle de la morphologie urbaine. Les
espaces principalement minéralisés dépendent
essentiellement de cet aspect. L'ombrage apporté par les bâtiments
permet logiquement de rafraîchir localement un canyon urbain. Ceci a pu
être mis en évidence au niveau l'avenue de la Marseillaise, qui
est la plupart du temps à l'ombre donc beaucoup plus fraîche qu'au
niveau du pont de Gallia 200 mètres plus bas. Le rapport H/W joue
également un rôle important. Ceci n'a pas encore pu être
démontré sur cette étude, mais les deux transects
réalisés au niveau de Kléber avaient vocation d'y apporter
des preuves. Pour estimer ce taux de manière optimale, il faudrait
disposer d'un laser permettant de mesurer la hauteur des bâtiments
(télémètre). Ce paramètre a été
difficilement estimable lors de nos observations de terrain et cela permettra
de traiter ce point de manière plus précise.
Le type de sol minéral peut également expliquer
certaines différences de température entre les sites, mais il a
été difficile d'apporter une réponse à cette
problématique. Dans cette optique, il pourrait être
intéressant d'ajouter un albédomètre en plus des autres
appareils de mesure, afin de pouvoir mesurer le plus efficacement possible ce
paramètre, qui n'a pu être qu'estimé au cours de ce
travail. En plus de cet appareil, un thermomètre nous donnant la
température exacte des surfaces qui entourent notre point de mesure
(bâtiments, sol) permettrait d'affiner les interprétations quant
au rôle radiatif difficilement estimable des surfaces urbaines et pouvant
influer l'ambiance thermique au niveau de la mesure.
Enfin, l'exposition des rues semble jouer à priori un
rôle sur le confort thermique, mais il conviendra d'en apporter la preuve
lors de la suite des mesures.
Au niveau du dispositif lui-même, à savoir les
charrettes, il serait possible de changer le capteur de vent et d'opter pour un
anémomètre sonde, afin d'affiner la mesure du paramètre en
question. Cependant, on a pu voir au cours de cette étude qu'il n'avait
qu'une très faible influence sur l'indice simple ET et encore moins sur
l'indice rationnel UTCI. Remplacer ce capteur paraît donc assez
insignifiant et serait probablement une perte d'argent.
En revanche, rajouter des capteurs de rayonnement pour
quantifier et estimer la part de rayonnement qui provient des bâtiments
alentours pourrait être une bonne idée. En effet, on a pu
remarquer que même au niveau des ponts, le rôle de l'eau
n'était pas quantifiable et l'amélioration thermique n'a pas pu
être démontrée. Dans ce sens, il serait judicieux de voir
si le rayonnement émis par le muret à proximité
n'expliquerait pas cette absence de rafraichissement escompté. C'est
aussi dans ce sens que l'ajout d'un thermomètre pour les surfaces
urbaines possède un intérêt.
Il conviendra de faire un étalonnage complet des
appareils de mesure et notamment des globes gris qui seront utilisés les
années suivantes, afin d'obtenir la même mesure entre les capteurs
et pouvoir comparer de manière la plus précise qui soit deux
points différents, en ôtant cette marge d'erreur de 1°C qui a
été observée lors de nos comparaisons.
Dans le but d'établir une étude complète
des différents dispositifs permettant de mesurer la température
ambiante, il sera apprécié de pouvoir mettre en place la
méthode des six directions, au niveau de la station fixe du jardin
universitaire, afin de disposer de toutes les méthodes pour estimer ce
paramètre. Il sera alors possible de comparer les méthodes entre
elles et de pouvoir calculer les indices en fonction de la meilleure
méthode retenue.
59
Des facteurs de correction seront peut être
nécessaire entre cette méthode et les globes gris, afin d'obtenir
les mesures les plus précises.
Un aspect non négligeable et dont il faut prendre en
compte lors des mesures est le temps d'attente de cinq minutes. Ce laps de
temps étant nécessaire pour le rééquilibrage des
capteurs, je pense qu'il est possible de le réduire sans
forcément compromettre la qualité des mesures. En effet, les
mesures sont faites par beau temps et les conditions sont toujours stables,
deux minutes pourraient suffire à obtenir une valeur tout aussi fiable.
Cette réduction de temps permettrait également de parcourir plus
rapidement chaque transect et donc de multiplier les mesures au sein d'une
même journée.
En ce qui concerne les indices de confort, nous avons pu
isoler l'indice ET, le plus vieux de notre liste, qui n'apparaît
clairement pas comme le plus fiable, ce dernier nous donnant des valeurs assez
étonnantes et incomparables à celles des autres indices. Il sera
préférable de le laisser de côté pour les prochains
calculs.
Les indices HI et Humidex ne nous permettent pas de constater
des différences notables d'ambiances thermiques, du fait de leur grande
stabilité. Ceci est également vrai pour le WBGT, même s'il
apparaît comme étant le plus intéressant au niveau des
indices simples, surtout dans sa version qui prend en compte la valeur du
globe.
En revanche, on constate globalement un très bon
comportement des indices rationnels PET et UTCI, ces derniers permettant de
qualifier de manière assez précise l'ambiance et plus
particulièrement les situations de stress thermique.
Pour ce qui est de la comparaison des indices entre eux. On
remarque une bonne corrélation des deux indices rationnels UTCI et PET,
ces derniers nous intéressant tout particulièrement
(Graphiques 11 & 12). On observe cependant une
correspondance moins marquée l'après-midi. Les indices simples
sont logiquement moins bien corrélés entre eux, en raison du
nombre moins important de paramètres qui rentrent dans leur
élaboration, ces derniers n'étant généralement pas
les mêmes. Ils sont de ce fait mal corrélés avec les
indices rationnels. Il faudra aussi préciser que notre régression
n'est pas optimale en raison du nombre trop faible d'échantillons, par
manque évident de temps.
60
Graphiques 11 et 12 : comparaison des indices rationnels
PET et UTCI
Il faudra privilégier les meilleurs indices pour les
prochaines études, notamment pour le WBGT qui dispose de deux formules
différentes comme on a pu le voir. Pour cette étude, nous avons
utilisé préférentiellement la formule du WBGT basique, car
la comparaison des globes a été faite après les mesures et
nous n'avons pas pu modifier nos formules. Il sera donc nécessaire
d'utiliser la formule du WBGT comprenant la valeur du globe gris, afin
d'estimer au mieux l'ambiance thermique des sites qui seront
exploités.
Enfin, un des aspects dont nous avions évoqué la
possibilité mais qui n'a pas pu être mis en place cette
année est l'élaboration de mesures nocturnes. En effet, il serait
très intéressant de pouvoir comparer l'évolution des
indices en journée et la nuit, leur comportement étant
différent entre les deux situations, d'autant plus que paramètre
du rayonnement est absent. Ceci est d'autant plus vrai si les mesures sont
faites en milieu minéral et dans le cas d'analyses sur la morphologie
urbaine, où on sait que le rayonnement infrarouge empêche la ville
de se refroidir efficacement. En zone végétalisée, il sera
également très intéressant de voir le comportement des
indices et du parc lui-même lorsque la transpiration des arbres est
limitée. Plusieurs périodes peuvent également être
intéressantes à exploiter, notamment le lever et le coucher du
soleil, afin de voir si le rayonnement possède ou non une grande
influence sur les indices de confort qui seront calculés.
61
Conclusion
La climatologie urbaine voit ses champs d'applications de plus
en plus ouverts avec les questions récemment soulevées par le
changement climatique et la perspective de la conférence sur le climat
à Paris, fin 2015. La bioclimatologie humaine et les études
menées autour du confort thermique en extérieur prennent une
réelle importance par rapport à cette problématique.
La ville de Strasbourg est apparue comme tout à fait
adaptée à ce genre d'études, grâce à
l'importance non négligeable de ses espaces verts. Il fut donc
relativement facile de trouver des sites intéressants par rapport
à nos objectifs, bien que l'aspect minéral fût plus
difficile à isoler. Les premiers résultats de ce travail de
mémoire ont notamment permis de confirmer certaines hypothèses
concernant l'apport bénéfique de la végétation sur
l'ambiance thermique urbaine. En revanche, beaucoup de questions sont encore
d'actualité pour ce qui est de l'influence de l'eau, dont on ne sait pas
réellement si elle joue un rôle important sur l'ambiance thermique
au sein des villes. La démarche employée à ces fins n'a
pas été suffisante et devra donc être
améliorée.
Cette évaluation du confort thermique urbain a
été rendue possible par l'intermédiaire d'un dispositif de
mesure performant couplé à une stratégie
expérimentale composée d'objectifs clairs en fonction des sites
de mesure. Elle a notamment permis de calculer un certain nombre d'indices de
confort, permettant d'estimer cette notion subjective qu'est le confort
thermique. En effet, son évaluation nécessite une analyse
pluridisciplinaire, du fait de facteurs physiques à prendre en compte
(propriétés thermiques vestimentaires, propriétés
thermiques des matériaux, climatologie...), mais aussi de facteurs
relatifs aux individus eux-mêmes (psychologie, physiologie, culture). Il
existe de surplus un nombre très important d'indices possédant
des caractéristiques différentes, ce qui complique le
caractère objectif de chacun. Il est donc très difficile de
pouvoir dire quels indices sont les plus fiables, même si l'UTCI, dernier
indice crée, propose une gamme de mesures très large, aussi bien
d'un point de vue spatiale que temporelle, ce qui en fait un des indices les
plus intéressants et les plus complets à l'heure actuelle.
Ce travail a également permis de mettre en avant les
côtés techniques et instrumentaux, souvent laissés de
côté dans les autres études scientifiques ou traités
de manière superficielle. Il a notamment été possible de
confirmer l'utilisation du globe gris, comme étant un capteur permettant
d'estimer la température ambiante de manière moins couteuse et
tout aussi fiable, voire plus, que le globe noir, surtout en zones
tempérées où les conditions demeurent souvent instables,
comme ce fut le cas pour notre étude.
Il est cependant nécessaire de poursuivre les
comparaisons instrumentales afin de pouvoir affiner les interprétations
des indices de confort. L'utilisation de nouveaux instruments de mesure
permettra également d'obtenir un diagnostic plus précis,
notamment des conditions radiatives autour de chaque point de mesure, afin
d'éliminer le maximum de doutes qui ont pu être émis au
cours de ce travail. La stratégie expérimentale devra quant
à elle continuer à être menée et des modifications
pourront être apportées en fonction des prochains objectifs
retenus. Un des principaux effets du changement climatique est l'impact sur le
confort thermique. Certains modèles prévoient des
étés très chauds et humides dans certaines régions
qui pourraient être près des limites de la tolérance
humaine (Brown, 2011).
62
L'adaptation des sociétés sera différente
selon les richesses des pays concernés (systèmes de chauffage ou
de refroidissement). Le changement climatique est une question pouvant se
régler seulement au niveau des institutions nationales et
internationales. Les efforts individuels ou provenant de groupes d'individus
ayant peu d'impact sur l'évolution de la tendance. Il peut cependant y
avoir une action au niveau local et régional pour ce qui est de
l'urbanisme et de l'aménagement du territoire, dans le but d'une
adaptation face aux conditions climatiques extrêmes liées au
changement climatique. Les noyaux urbains, les rues, les parcs et autres
peuvent tous être confortables thermiquement à travers une
conception « thermoclimatique ». (Brown, 2011)
Il apparait assez clairement que l'écologie et
l'aménagement « vert » puissent être une des
possibilités pour atténuer les conséquences sur la
santé humaine de la hausse des températures. (Bowler, 2010)
Bien que les apports bénéfiques provoqués
par la végétation soient déjà connus, il est plus
difficile de savoir qu'elle peut être l'aire d'influence des parcs
urbains et des autres espaces verts parsemant les villes. Il est donc encore
indispensable de comprendre comment fonctionne la végétation et
de mettre cette dernière en relation avec la morphologie urbaine et plus
largement par rapport à l'aménagement du territoire, dans le but
de mieux aménager les futurs quartiers. Il ne faut pas non plus oublier
que certaines espèces végétales ne sont pas
forcément propices à l'atténuation des fortes chaleurs ou
à la modération de la pollution urbaine, bien au contraire. Il y
a donc là aussi un travail interdisciplinaire à mener de
front.
L'enjeu pour les planificateurs urbains sera de créer
des espaces urbains dont les conditions microclimatiques influenceront le
confort thermique, de manière à ce que les individus puissent le
tolérer et ceci, pour les dizaines d'années à venir.
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67
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hygiène et physiologie du travail de l'UCL, 3 p., France, 2009.
[Consulté le 22/03/2015], disponible sur internet :
http://www.deparisnet.be/chaleur/FAQ/FAQchaleur5indices.pdf
? Sakhy A., Madelin M., Beltrando G., Les échelles
d'étude de l'îlot de chaleur urbain et ses relations avec la
végétation et la géométrie de la ville (exemple de
Paris), dixièmes rencontres de Théo Quant, 9 p., France, 2011.
[Consulté le 22/02/2015], disponible sur internet :
http://thema.univ-fcomte.fr/theoq/pdf/2011/TQ2011%20ARTICLE%203.pdf
? Thibaudon M., Outteryck R., Lachasse C., Bioclimatologie et
allergie, revue française d'allergologie et d'immunologie clinique,
Elsevier, 9 p., France, 2005. [Consulté le
:
15/02/2015], disponible sur internet
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0335745705000870
? Tsoka S., Relations entre morphologie urbaine, microclimat
et confort des piétons : application au cas des écoquartiers,
Thèse de doctorat d'université, Nantes : Université de
Nantes, 146 p., France, 2011. [Consulté le 18/02/2015], disponible sur
internet :
http://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-00762674
68
Annexes
Annexe 1 : éléments qui influencent
l'augmentation de l'ICU (Soares & al., 2010)
Annexe 2 : éléments qui participent
à la formation de l'ICU (Soares & al., 2010)
Annexe 3 : éléments qui rentrent dans la
composition de la Tmrt (Huang & al., 2014)
Annexe 4 : programme de la centrale d'acquisition
;{CR10X}
;
*Table 1 Program
01: 5 Execution Interval (seconds)
69
5: Timer (P26)
1: 1 Loc [ Timer1 ]
6: Volt (Diff) (P2)
1: 1 Reps
1: If Flag/Port (P91)
1: 22 Do if Flag 2 is Low
2: 30 Then Do
2: 5 2500 mV Slow Range
3: 1 DIFF Channel
4: 3 Loc [ Temp ]
5: 0.1 Multiplier
2: Timer (P26)
1: 0 Reset Timer
6: -40 Offset
7: Volt (Diff) (P2)
1: 1 Reps
2: 5 2500 mV Slow Range
3:
3: End (P95)
2 DIFF Channel
4: 4 Loc [ HR ]
5: 0.1 Multiplier
1:
4: If Flag/Port (P91)
1: 12 Do if Flag 2 is High
2: 30 Then Do
0 Offset
8: Full Bridge w/mv Excit (P9)
1: 1 Reps
2: 33
|
25 mV 50 Hz Rejection Ex Range
|
2:
|
3 Loc [ Temp ]
|
3: 33
|
25 mV 50 Hz Rejection Br Range
|
|
|
4: 3
|
DIFF Channel
|
|
17: Do (P86)
|
5: 1
|
Excite all reps w/Exchan 1
|
|
1: 22 Set Flag 2 Low
|
6: 2035
|
mV Excitation
|
|
|
7: 5
|
Loc [ TAmbiance ]
|
|
18: Z=F x 10'n (P30)
|
8: 1.0
|
Multiplier
|
|
1: 0 F
|
9: 0.0
|
Offset
|
|
2: 00 n, Exponent of 10
|
|
|
|
3: 2 Z Loc [ Nb ]
|
|
9: Temperature RTD (P16)
1: 1
|
Reps
|
19: Z=F x 10'n (P30)
|
2: 5
|
R/R0 Loc [ TAmbiance ]
|
1: 0
|
F
|
3: 5
|
Loc [ TAmbiance ]
|
2: 00
|
n, Exponent of 10
|
4: 1.0
|
Mult
|
3: 1
|
Z Loc [ Timer1 ]
|
5: 0.0
|
Offset
|
|
|
10: Volt (Diff) (P2)
1: 1 Reps
2: 3 25 mV Slow Range
3: 5 DIFF Channel
4: 6 Loc [ RN ]
5: 70.92 Mult
6: 0.0 Offset
11: Pulse (P3)
1: 1 Reps
2: 1 Pulse Input Channel
3: 21 Low Level AC, Output Hz
4: 7 Loc [ Vent ]
5: 0.098 Mult
6: 0.0 Offset
12: If (X<=>F) (P89)
1: 1 X Loc [ Timer1 ]
2: 3 >=
3: 300 F
4: 30 Then Do
20: Timer (P26)
1: 0 Reset Timer
21: End (P95)
22: End (P95)
*Table 2 Program
02: 0.0000 Execution Interval (seconds)
*Table 3 Subroutines End Program
-Input Locations-
70
13: Do (P86)
1: 10 Set Output Flag High (Flag 0)
14: Real Time (P77)'15222
1: 111 Day,Hour/Minute,Seconds (midnight = 0000)
|
1 Timer1 1 2 2
2 Nb 1 1 1
3 Temp 1 1 1
4 HR 1 1 1
5 TAmbiance 1 2
6 RN 1 1 1
7 Vent 1 1 1
|
2
|
|
8
|
1 0
|
0
|
15: Sample (P70)'23984
|
9
|
0 0
|
0
|
1: 2 Reps
|
10
|
0
|
0 0
|
2: 1 Loc [ Timer1 ]
|
11
|
0
|
0 0
|
|
12
|
0
|
0 0
|
|
13
|
0
|
0 0
|
16: Average (P71)'3165
|
14
|
0
|
0 0
|
1: 5 Reps
|
15
|
0
|
0 0
|
71
16 0 0 0
17 0 0 0
18 0 0 0
19 0 0 0
20 0 0 0
21 0 0 0
22 0 0 0
23 0 0 0
24 0 0 0
25 0 0 0
26 0 0 0
27 0 0 0
28 0 0 0
-Program Security-
0000
0000
0000
-Mode 4-
-Final Storage Area 20
-CR10X ID-
0
-CR10X Power Up-
3
-CR10X Compile Setting-3
-CR10X RS-232 Setting-1
-DLD File Labels-
0
-Final Storage Labels-0,Day_RTM,15222 0,Hour_Minute_RTM
0,Seconds_RTM 1,Timer1~1,23984 1,Nb~2 2,Temp_AVG~3,3165 2,HR_AVG~4
2,TAmbiance_AVG~5 2,RN_AVG~6 2,Vent_AVG~7
72
Annexe 5 : procédure de mesure (à taper
sur le clavier numérique)
73
Annexe 6 : localisation de la station fixe (jardin
universitaire)
Source: Google maps
Annexe 7 : fiches expérimentales des sites
d'étude
Fiche 1 : JARDIN BOTANIQUE DE L'UNIVERSITE ET
ENVIRONS
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : quartiers de l'Esplanade
et de l'Observatoire.
> Coordonnées du site :
48°35'01.6»N7°45.47'6»E.
> Topologie : jardin de 3.5 ha avec une
végétation importante (pelouses, arbustes et arbres). Points
d'eau occasionnels (fontaines) et permanents (étangs). Canyons urbains
proches (rue de l'Université, boulevard du Général de
Gaulle).
> Facteur humain : population estudiantine transitoire et
plus périodiquement stationnaire (saison printanière et
estivale).
74
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de 2 transects de mesures mobiles au
niveau des canyons urbains bordant le jardin universitaire (rue de
l'Université et boulevard de la Victoire), ainsi qu'au niveau du Campus
de l'Esplanade.
> Mise en place d'une station météorologique
fixe au sein même du jardin du Palais Universitaire (devant la
Faculté de Psychologie).
INTERETS DE LA MESURE
> Détermination de l'influence de la
végétation au niveau du parc urbain de l'Observatoire, mais
également au niveau des nouveaux aménagements verts sur le Campus
de l'Esplanade. > Mise en avant de l'opposition
bâti/végétation.
> Mise en avant de l'opposition du sol :
pelouse/minéral.
Annexes : image satellite du site d'étude et
photographies répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par
les deux transects.
Fiche 2 : GALLIA - REPUBLIQUE - BROGLIE
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : quartiers Gallia,
République et Broglie. Proximité du centre-ville.
> Coordonnées du site :
48°35'17»N7°45'15.1»E
> Topologie : quartier Gallia faiblement
végétalisé, hormis sur les berges de l'Ill et aux
extrémités du jardin universitaire. Quartier de la
République essentiellement végétalisé de par son
parc urbain (arbres et pelouses) et nombreux canyons urbains rayonnant vers
celui-ci. Quartier Broglie très peu végétalisé
hormis les quelques platanes qui parsèment la place.
> Facteur humain : foule notable et mixte, surtout
transitoire, hormis au niveau du parc de la République.
75
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de mesures mobiles au sein de l'avenue
de la Marseillaise, de la place de la République, du pont du
Théâtre et de la place Broglie.
INTERETS DE LA MESURE
> Influence de l'eau (canal de l'Ill) au niveau de Gallia
et du pont du théâtre sur le confort thermique urbain.
> Influence de la végétation en zone urbaine
: opposition entre le parc et les canyons urbains alentours.
> Etude de l'influence du parc et de son rayonnement sur
les principaux canyons urbains le rejoignant.
Annexes : image satellite du site d'étude et
photographies répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par
le transect.
Fiche 3 : PLACE KLEBER ET ENVIRONS
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : centre-ville.
> Coordonnées du site :
48°35'01.3»N7°44.3'6»E.
> Topologie : proximité de nombreux canyons urbains
(rue du 22 Novembre, rue des Francs Bourgeois ou rue des Grandes Arcades).
Place Kléber très aérée, parsemée d'arbres
et de « bacs verts », avec des points d'eau occasionnels.
> Facteur humain : foule transitoire et stationnaire
importante toute l'année (tourisme) et présence de nombreux
cafés et commerces.
76
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de mesures mobiles au niveau des
points d'eau et des zones végétalisées de la place.
> Réalisation de 2 transects mobiles, au niveau des
rues de la Grange et de l'Outre ainsi qu'au sein des rues des Francs Bourgeois
et du 22 Novembre.
> Mise en place d'une station météorologique
fixe à la hauteur du magasin des Galeries Lafayette (température
de l'air, température ambiante et humidité).
INTERETS DE LA MESURE
> Détermination de l'influence des points d'eau et
des zones végétalisées (arbres + « bacs verts »)
sur le confort thermique de la place.
> Analyse de l'importance et du gabarit de l'orientation des
rues sur l'ambiance thermique.
> Estimation du stress thermique induit par
l'omniprésence du caractère minéral du site
d'étude.
Annexes : images satellites du site d'étude et
photographies répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par
les deux transects et autres zones.
Fiche 4 : PLACE DE LA CATHEDRALE
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : centre-ville.
> Coordonnées du site :
48°34'54»N7°45'02»E.
> Topologie : proximité de nombreux canyons urbains
(rue Mercière, rue du Maroquin), végétation quasi absente,
hormis sur la place du Château. Place peu espacée où le
vent s'engouffre facilement. Canal de l'Ill qui passe à proximité
du site.
> Facteur humain : foule importante stationnaire et
transitoire (tourisme). Présence de nombreux commerces et terrasses.
77
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de 2 transects de mesures mobiles,
principalement au niveau des rues du
Maroquin et Mercière, ainsi qu'autour de la
Cathédrale jusqu'à la place du Château.
INTERETS DE LA MESURE
> Estimation de l'ambiance thermique de la zone
d'étude, intéressant d'un point de vue stratégique pour
les nombreux cafés et autres possédant une terrasse.
> Détermination de l'influence des nouveaux
aménagements verts mis en place au niveau de la place du
Château.
> Evaluation de l'influence de l'Ill sur la rue du Maroquin se
trouvant à proximité.
Annexes : image satellite du site d'étude et
photographies répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par
les deux transects.
Fiche 5 : RIVE ETOILE - MALRAUX
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : confluence des quartiers
de l'Esplanade et du Neudorf.
> Coordonnées du site :
48°34'27.6»N7°45'44.8»E.
> Topologie : presqu'île contrastée entre une
partie Sud minérale (centre commercial, parking) et une partie Nord plus
végétale (quai des Alpes).
78
> Facteur humain : foule transitoire et stationnaire
importante, surtout en période estivale. Présence de commerces et
de lieux de détente. Proximité avec une zone résidentielle
universitaire (Paul Appell).
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de mesures mobiles au niveau de la
presqu'île en elle-même ainsi qu'au niveau de la rue de Palerme.
INTERETS DE LA MESURE
> Détermination de l'influence spatiale du canal sur le
confort thermique du site.
> Evaluation du rôle de la végétation
et des zones de pelouses au niveau de Paul Appell et comparaison avec le
parterre minéral devant Rive étoile.
> Analyse de l'opposition des combinaisons «
végétale/eau/minéral » au Nord et «
eau/minéral » au Sud.
Annexes : image satellite du site d'étude et photographies
répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par les deux
transects.
Fiche 6 : RUES DE SELLENICK - RUE DU GENERAL
RAPP
|
|
CARACTERISTIQUES DU SITE
> Position géographique : Nord de Strasbourg,
environs du parc des Contades.
> Coordonnées du site :
48°35'27»N7°45'04»E.
> Topologie : canyons urbains étroits, moyennement
profonds. Géométrie urbaine semblable. Absence de
végétation et de point d'eau. Proximité d'autres canyons
urbains plus larges (avenue des Vosges et boulevard Clémenceau).
79
> Facteur humain : rue exclusivement résidentielle.
Foule peu importante, strictement transitoire.
ACTIVITES PRINCIPALES REALISEES
> Réalisation de 2 transects de mesures mobiles, au
niveau des deux rues faisant l'objet d'étude.
INTERETS DE LA MESURE
> Détermination de l'influence de l'orientation des
rues et de la géométrie urbaine sur le confort thermique et les
indices de confort humain associés.
Annexes : image satellite du site d'étude et
photographies répertoriant l'ensemble des points de mesure fournis par
les deux transects.
80
Annexe 8 : photographies des points de mesure
? Site 1 : jardin universitaire & campus de
l'Esplanade
81
82
? Site 2 : Gallia - République - Broglie
N.B : le point « EauTest » n'a pas été
photographié car il est très proche du point B.
83
? Site 3 : place Kléber et environs
84
85
86
? Site 4 : place de la Cathédrale et environs
N.B : lorsque les points sont relativement proches (C, D, E), une
seule photo a été prise (même canyon urbain).
87
? Site 5 : Malraux - rive étoile
N.B : les points A et B ne sont pas photographiés (manque
de temps et absence de Google Street à cet endroit).
? Site 6 : rues Sellenick/Général Rapp
88
Sources utilisées : photos personnelles et Google Earth
|