Les impacts de l'étalement urbain et de la végétalisation sur le climat local/régional

Intitulé et acronyme du projet: Milieux périurbains : interactions et évolutions dans le contexte des changements globaux - GaLoP

Le projet GaLoP est issu de l'appel à projets émergents 2016 du LabEx.

Porteurs: Erwane Personne (ECOSYS) et Patrick Stella (SADAPT)         

Partenaire académique hors BASC: le CNRM (UMR GMME, équipe VILLE)

Le projet Galop concerne les milieux urbains et périurbains et l’évaluation des interactions de ces milieux avec l’atmosphère, notamment en tenant compte des changements globaux.

Ce projet a été soutenu pour comprendre et quantifier les interactions biophysiques entre la biosphère incluant les espaces bâtis et artificialisés, et l’atmosphère sous l’angle des échanges d’énergie (microclimat) et la pollution de l’air. Aboutir à cette compréhension nécessitait de disposer d’éléments d’évaluation des impacts de l’étalement urbain (et de sa densité d’artificialisation) ou de la végétalisation des espaces urbains/artificialisés sur le climat régional et/ou local (Singh et al 2019). 

Ce travail s’intègre dans les travaux internationaux récents sur les ilots de chaleur urbains et ses interactions avec les pollutions atmosphériques (Sarrat et al 2010). En effet, comprendre et évaluer les effets de la végétalisation dans les villes et ses alentours, que ce soit à l’échelle du quartier ou à l’échelle d’une agglomération (grande ou petite) est important compte tenu des évolutions actuelles des villes européennes (étalement urbain et végétalisation des agglomérations). Il en est de même que cette interaction spécifique entre les espaces végétalisés, les surfaces artificialisés et l’atmosphère a des répercussions sur la qualité de l’air (Fallmann et al  2016). 

.

Le schéma ci-dessus illustre les effets de la présence d’une végétation sur l’environnement urbain. La surface de végétation, la structure du quartier sont pris en compte dans le projet.  

.

.

.

Afin de répondre aux questions de ces impacts de la végétalisation tout autant que de l’étalement urbain sur le microclimat urbain, le projet a développé un outil de modélisation pour quantifier ces impacts. 

Pour ce faire, le modèle TEB (modèle de bilan d’énergie en milieu urbain, Masson, 2000) a été couplé au modèle SurfAtm (Personne et al, 2009) qui précise les échanges d’énergie et de polluants entre la végétation et l’atmosphère. L’aboutissement du modèle couplé TEB-SurfAtm est le levier nécessaire à l’étude des quartiers qui incluent des espaces végétalisés. 

Cette première étape de modélisation est le socle pour étudier les effets de la densité de végétalisation des quartiers sur les ilots de chaleur urbain. Ainsi un tel outil permet de tester concrètement les interactions et rétroactions de tel ou tel arrangement des quartiers et de scénariser les évolutions des agglomérations (végétalisation, étalement, densité urbaine, …). 

Ce travail préparatoire au sein du projet Galop a permis de contribuer à l’évaluation des services écosystémiques rendus par les fermes urbaines dans le cadre du projet ADEME SEMOIRS illustré ci-contre (Stage de Jaime Riano Sanchez, co-encadré par Erwan Personne et Patrick Stella). Il a également favorisé le lancement d’un travail de thèse démarré en 2019 (thèse S. Le Mentec, financement Chaire Lab Environnement-Vinci *, co-encadrement Erwan Personne et Patrick Stella). Ce travail a ainsi attiré l’intérêt de la chaire Lab environnement-Vinci et d’un grand bureau d’études (Ingérop) et son service en environnement qui soutient l’interfaçage du modèle couplé pour aider à justifier de la végétalisation des quartiers pour lesquels il instruit des études « Environnement » sur site.

Les perspectives d’un tel travail dépassent l’originalité du cadre initial qui se concentre surtout sur le croisement microclimat - qualité de l’air dans un premier temps. En effet, dans un second temps, l’élargissement du projet vers les scénarios d’usage des surfaces et d’expansion urbaine sont dans les perspectives scientifiques à envisager. Concrètement, examiner les évolutions à venir des agglomérations et évaluer les impacts induits (microclimats, climat régional et qualité de l’air local et régional) sont les objectifs à moyens termes d’un tel investissement scientifique pour ces questions.

Références 

>Masson, V., 2000. A Physically-Based Scheme For The Urban Energy Budget In Atmospheric Models. Boundary-Layer Meteorology 94, 357–397. https://doi.org/10.1023/A:1002463829265

>Fallmann, J., Forkel, R., Emeis, S., 2016. Secondary effects of urban heat island mitigation measures on air quality. Atmospheric Environment 125, 199–211. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.10.094 

>Singh, R., Kalota, D., 2019. Urban Sprawl and Its Impact on Generation of Urban Heat Island: A Case Study of Ludhiana City. Journal of the Indian Society of Remote Sensing 47, 1567–1576. https://doi.org/10.1007/s12524-019-00994-8 

>Sarrat, C., Lemonsu, A., Masson, V., Guedalia, D., 2006. Impact of urban heat island on regional atmospheric pollution. Atmospheric Environment 40, 1743–1758. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2005.11.037

Publications issues du projet

>Massad, R.S., Lathière, J., Strada, S., Perrin, M., Personne, E., Stéfanon, M., Stella, P., Szopa, S., Noblet-Ducoudré, N. de, 2019. Reviews and syntheses: influences of landscape structure and land uses on local to regional climate and air quality. Biogeosciences 16, 2369–2408. https://doi.org/10.5194/bg-16-2369-2019 (publication commune au projet phare 1 de la première phase du LabEx)

>Stella, P., Petit, C., Sad-Apt, U., Bedos, C., Genermont, S., Loubet, B., Personne, E., Saint-Jean, S., 2016. Les espaces périurbains: entre pollution des villes et pollution des champs aux échelles régionale et locale. The périurbain areas: between pollution from cities and fields at local and regional scales. Pollutions atmosphérique 15. Résumé: "Les territoires périurbains, zones de transition entre les zones urbaines et rurales, sont soumis à de nombreuses pollutions à la fois gazeuses et particulaires. Ces pollutions proviennent de sources locales comme les activités résidentielles, le trafic routier et les activités agricoles, mais également de sources régionales issues des activités urbaines et des émissions des zones (pseudo-)naturelles adjacentes. Cet article présente une synthèse des différentes sources de pollution affectant la qualité de l’air en milieu périurbain. Il est évident que les pollutions purement anthropiques ne peuvent être dissociées de celles issues du fonctionnement des écosystèmes (pseudo-)naturels dans ces espaces. Enfin, les enjeux vis-à-vis de l’agriculture périurbaine, fortement présente et en développement du fait d’une volonté de consommer des productions locales, sont discutés."

>*  THESE * en cours - Sonia Le Mentec – « Services de régulations atmosphériques rendus par la végétation en ville : quantification des interactions bâti-environnement-végétation par une approche de modélisation à l’échelle d’un quartier »