Comment les espaces verts réduisent la chaleur dans les villes

Texte : Kutay Dönmez (EMPA), Sophie Emberger (ETHZ), Lars Groeneveld (UZH), Guido De Bonfioli Cavalcabo’ (UNIBAS)

Les effets du changement climatique sont de plus en plus prononcés : les températures montent, les événements météorologiques extrêmes deviennent plus fréquents.¹ Dans le même temps, on assiste à une forte augmentation des zones urbaines dans le monde.² La prédominance de surfaces imperméables, la haute densité bâtie et les activités industrielles influencent le climat non seulement au niveau mondial, mais aussi à l’échelon local des villes,³ où la chaleur s’accumule et crée des « îlots de chaleur urbains ». C’est ainsi qu’en Suisse, les températures nocturnes dépassent de 5 à 7 °C celles des zones rurales environnantes.⁴ Les gaz d’échappement des véhicules et les émanations industrielles altèrent la qualité de l’air et contribuent substantiellement à l’augmentation des gaz à effet de serre.⁵ Ces conditions amoindrissent le confort et représentent un risque important pour la santé de la population urbaine. Les personnes souffrant de maladies cardio-vasculaires et du système respiratoire sont particulièrement menacées (voir l’article « L’évolution du climat et ses effets sur notre santé »). Les défis croissants auxquels les villes sont confrontées pour maintenir un environnement sain et où il fait bon vivre mettent en évidence la nécessité d’un développement urbain innovant et durable.

Il n’y a pas de solution unique

Dans les villes, les mesures d’adaptation au changement climatique et d’atténuation de ses impacts sont souvent axées sur le développement d’infrastructures bleues et vertes (îlots de végétation et plans d’eau). L’extension des espaces verts urbains est une possibilité très prometteuse qui offre des avantages climatiques, écologiques et sociaux. La présence d’arbres dans la ville permet d’abaisser localement la température de l’air et de diminuer ainsi l’exposition de la population urbaine à la chaleur. Deux effets interviennent à cet égard : la transpiration qui refroidit l’air et l’ombre qui protège du rayonnement solaire direct.

Toutefois, l’efficacité d’un arbre urbain à refroidir les environs dépend de divers facteurs. Un arbre a un effet de refroidissement plus important s’il a un grand houppier que s’il est de petite taille. Mais les taux de transpiration et de photosynthèse varient fortement selon les espèces. Même pour une essence donnée, l’effet de refroidissement peut différer considérablement d’un individu à l’autre – tout dépend de son âge, de son emplacement et du microclimat. Des études ont également montré que les arbres urbains améliorent la qualité de l’air. Ils retiennent des particules polluantes et réduisent la teneur en CO₂ atmosphérique6 grâce à la photosynthèse et à l’accumulation de carbone dans le bois et le sol. À cela s’ajoute que les espaces verts urbains créent des zones de détente qui ont des effets bénéfiques sur la santé physique et mentale des citadins.

Une planification soigneuse et durable des villes et le replantage d’arbres sont des conditions importantes pour assurer l’efficacité des mesures prises dans l’espace urbain. Celles-ci doivent être adaptées au futur climat d’une ville. Des recherches innovantes sont nécessaires pour développer des infrastructures bleues et vertes remplissant de manière optimale leur fonction de réduction du stress thermique en milieu urbain. Il faut également tenir compte de la composition en espèces et de l’âge des arbres, du volume de sol et de sa capacité de rétention de l’eau. C’est à ces conditions seulement que l’on peut préciser les effets exacts des mesures sur les cycles de l’eau, du carbone et de l’énergie dans une ville. Par exemple, la consommation d’eau de la végétation, les émissions de pollen et la biodiversité peuvent varier selon les conditions locales. Il n’existe pas de solution unique pour les infrastructures bleues et vertes.

Le projet UrbaNature

Financé par MétéoSuisse dans le cadre des programmes GAW-CH et GCOS-CH (voir plus bas), le projet UrbaNature a pour but d’étudier les effets de la végétation urbaine sur les cycles locaux de l’eau, du carbone et de l’énergie. Certes, on savait déjà que la végétation urbaine peut apporter de nombreux avantages à son environnement. Cependant, le savoir sur l’ampleur et la dynamique des processus sous-jacents (par exemple la transpiration et la photosynthèse) est limité. Il en va de même pour les interactions entre la végétation urbaine et son environnement. Or une compréhension approfondie de ces processus est essentielle pour planifier une ville de manière innovante et durable et élaborer des stratégies efficaces de protection du climat et d’adaptation à son évolution future. UrbaNature s’attaque à ces lacunes du savoir en rassemblant des technologies avancées et de l’expertise interdisciplinaire de quatre institutions suisses (l’EPF de Zurich, l’Université de Zurich, l’Université de Bâle et l’Empa).

Le projet combine des mesures écophysiologiques et météorologiques avec des technologies modernes de télédétection et de modélisation climatique à haute définition. Avec Bâle et Zurich comme cités pilotes, UrbaNature vise à améliorer le savoir et les méthodes s’appliquant à son approche interdisciplinaire et à procurer des outils pour assurer le suivi de la végétation urbaine. En outre, ces nouvelles approches et méthodes devront convenir pour différentes zones des villes. Ce projet de recherche, qui se poursuivra jusqu’en 2027, fournira des connaissances sur la protection du climat et sur les stratégies d’adaptation à son évolution et contribuera à rendre les villes durables, résilientes et climatiquement neutres. Des informations plus détaillées sont disponibles en ligne.^7,8

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Le GAW en bref

Programme international de l’OMM, le « Global Atmosphere Watch » (« Veille mondiale de l’atmosphère », GAW) rassemble plus de 100 pays pour effectuer le suivi de la composition chimique de l’atmosphère au moyen d’un réseau planétaire de stations de mesure (par exemple pour les gaz à effet de serre, les aérosols et les radiations). Les institutions partenaires du GAW-CH assurent au niveau national l’observation à long terme de la composition de l’atmosphère et mènent leurs propres recherches. À cela s’ajoute la gestion de centres d’étalonnage et d’assurance de la qualité et l’exploitation d’une banque de métadonnées de stations. Le Swiss GAW/GCOS-Office de MétéoSuisse coordonne le programme national.

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Références

[1] United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division (2019). World urbanization prospects: The 2018 Revision. (ST/ESA/SER.A420) New York: United Nations. https://doi.org/10.18356/b9e995fe-en

[2] IPCC. (2022). Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, 3056 pp.,

[3] Oke, T. R., Mills, G., Christen, A., & Voogt, J. A. (2017). Urban climates. https://doi.org/10.1017/9781139016476

[4] Hitze in Städten—MeteoSchweiz. (o. D.). Letzter Zugriff am 27. Mai 2024, von https://www.meteoschweiz.admin.ch/klima/klima-der-schweiz/hitze-in-staedten.html

[5] GAW Report No. 245: An Integrated Global Greenhouse Gas Information System (IG3IS) Science Implementation Plan. Letzter Zugriff am 27. Mai 2024, von https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10034

[6] Akbari, H. (2002). Shade trees reduce building energy use and CO2 emissions from power plants. Environmental Pollution, 116, 119-126. https://doi.org/10.1016/s0269-7491(01)00264-0

[7] Universität Basel. (2023). UrbaNature. Departement Umweltwissenschaften. https://duw.unibas.ch/de/forschungsgruppen/atmosphaerenwissenschaften/unsere-forschung/urbanature/

[8] Swiss GAW GCOS Office. Federal Office of Meteorology and Climatology MeteoSwiss. https://www.meteoswiss.admin.ch/about-us/research-and-cooperation/programmes-gaw-ch-and-gcos-ch/gaw-ch-and-gcos-ch-supported-activities.html