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Mise au point d'une méthode de mesure sur les indices de confort : étude menée sur la ville de Strasbourg (france)

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par Thibaut FILLIOL
Université de Strasbourg (UDS) - Master 1 de Géographie environnementale 2015
  

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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

2

3

4

6

I.

Connaissances actuelles et état de l'art

8

 

1. Climat urbain, bioclimatologie humaine et indices de confort associés

8

 
 

1.1. Les caractéristiques du climat urbain

8

 
 

A. Au niveau des températures : îlot de chaleur urbain

8

 
 

A.1. Définition

8

 
 

A.2. Les facteurs qui influencent l'îlot de chaleur urbain

9

 
 

B. Au niveau des autres paramètres climatiques

10

 
 

B.1. Le vent

10

 
 

B.2. Les précipitations et l'humidité relative

11

 
 

C. Le rôle de la végétation sur l'ambiance thermique urbaine

11

 
 

1.2. La bioclimatologie humaine et le confort thermique

12

 
 

A. Définitions et généralités

12

 
 

B. Les indices de confort humain

13

 
 

B.1. Les indices simples

14

 
 

a. ET - Effective temperature (Houghten & Yagloglou, 1923)

14

 
 

b. HI - Heat index (Steadman, 1979)

15

 
 
 

c. Humidex (Masterson & Richardson, 1979)

16

 
 

i. Calcul du point de rosée

16

 
 

d. WBGT - Wet bulb globe temperature (1956)

17

 
 

B.2. Les indices rationnels

19

 
 

a. PET - Physiological equivalent temperature (Höppe, 1999)

19

 
 

b. UTCI - Universal thermal climate index

20

 
 

i. Température moyenne radiante (Tmrt)

20

 
 

B.3. Comparaison entre les deux sortes d'indice (de Blazejczyk & al., 2010)

21

II.

Matériel et méthodologie expérimentale

23

 

1. Le dispositif de mesure : mesures mobiles

23

 
 

1.1. Les charrettes

23

 
 

1.2. Procédure de mesure

24

 

2.

Appareillage des charrettes

25

 
 

2.1. Température de l'air et humidité

25

 
 
 

4

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/

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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.

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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.

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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).

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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.

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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 ».

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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).

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

63

Bibliographie

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66

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· De Parcevaux S., Huber L., Bioclimatologie : concepts et applications, Editions Quae, Versailles, 324 p., France, 2007.

· Desplat J., Meskel C., Grantois M., L'îlot de chaleur urbain à Paris - un microclimat au coeur de la ville, Agence parisienne du climat, Météo France, 9 p., France, 2013. [Consulté le 30/05/2015], disponible sur internet : www.apc-paris.com/apc/download/3107.html

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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.

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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).

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> 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).

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> 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.

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Annexe 8 : photographies des points de mesure

? Site 1 : jardin universitaire & campus de l'Esplanade

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? Site 2 : Gallia - République - Broglie

N.B : le point « EauTest » n'a pas été photographié car il est très proche du point B.

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? Site 3 : place Kléber et environs

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? 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).

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? 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

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Sources utilisées : photos personnelles et Google Earth






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"L'imagination est plus importante que le savoir"   Albert Einstein