Climat urbain

La population mondiale augmente rapidement, et est de plus en plus concentrée dans les zones urbaines et les très grandes ville. Les zones urbaines et industrialisées ont des surfaces (pierre, ciment) qui ont des caractéristiques très différentes des surfaces naturelles (prés, forêts et champs). Ceci a un impact sur les transferts de chaleur et d'eau, sur l'écoulement de l'eau et modifie la température, les précipitations et la couverture nuageuse.  Les bâtiments élevés, avec des coins pointus, changent la façon dont le vent se déplace, par rapport aux zones rurales.

Les îlots de chaleur urbains

Dans une ville, les émissions de chaleur ne sont pas les mêmes que dans les zones inhabitées, sans compter l'apport de chaleur dû à l'homme. Pensez à toutes les maisons, au chauffage, aux éclairages, aux industries et aux véhicules qui y sont concentrés. C'est pourquoi le climat urbain doit être considéré comme un type de climat à part entière ; nous y consacrons donc un chapitre en particulier. A l'échelle locale, les grandes villes libèrent beaucoup plus d'énergie que la terre qui les entoure. On les appelle donc des îlots de chaleur urbains. Cependant, contrairement à auparavant, la majorité des scientifiques pensent aujourd'hui que les grandes villes ne causent pas une perturbation importante du climat planétaire.

La température planétaire a augmenté de 0,4 à 0,8 °C lors du siècle dernier. On estime que la contribution de l'effet d'îlot de chaleur urbain à cette augmentation globale n'est au maximum que de 0,05°C. Les températures minimum sont plus élevées en ville que dans les zones rurales, ce qui conduit à différence moindre entre la température minimale et la température maximale d'une journée. Bien que le climat dans les villes ne joue pas un rôle majeur dans l'équilibre de la température planétaire, c'est un sujet important, car la plupart des gens vivent ou travaillent dans les villes, et sont soumis pendant de nombreuses heures de la journée à un climat urbain. On ne doit pas non plus oublier la pollution à l'intérieur des bâtiments!

Les images ci-dessus illustrent le caractère particulier du climat urbain.  En raison du chauffage, des usines, des climatiseurs et d'autres sources, la chaleur est produite au sein de la ville. De plus, la plupart des surfaces d'une ville absorbe plus de lumière solaire qu'un autre paysage. L'albédo (réflexion de la lumière du soleil) est faible, comme l'indique la figure 4. Les villes ont également tendance à stocker cette chaleur, car les processus de rafraîchissement naturels n'y sont pas efficaces. Dans un paysage naturel, la végétation se refroidit par évaporation de l'eau, car ce processus consomme de l'énergie. A contrario, dans les villes, la terre est recouverte par du béton. L'eau disparaît rapidement dans les canalisations et cet effet de refroidissement est faible.

La pollution de l'air

Dans les zones urbaines, de multiples composés organiques (benzène, solvants, hydrocarbures aromatiques...) et inorganiques sont émis. Certains de ces composés organiques sont cancérogènes et présentent un danger pour la santé humaine, bien qu'ils ne soient pas un réel problème pour la nature. Sur la planète, c'est la végétation qui émet le plus de composés organiques.  Le principal problème que pose la pollution atmosphérique urbaine en ce qui concerne son impact sur le climat est à trouver du côté des émissions inorganiques: 
a) émissions élevées de dioxyde de soufre
b) émissions élevées d'oxydes d'azote
c) concentrations localisées de certaines particules (à l'échelle planétaire la poussière désertique est la majeure source de particules)
d) certains produits chimiques perturbent les équilibres naturels, comme l'ont fait par exemple les CFCs.

Les pluies acides

Les émissions de dioxyde de soufre proviennent de l'industrie, principalement des centrales thermiques (combustion du charbon pour la production d'électricité).  De nos jours cette pollution ne fait plus les gros titres en Europe. Les émissions de dioxyde de soufre ont énormément diminué en raison de la crise économique et de la baisse de la production dans les pays ex-communistes, et grâce aussi à l'amélioration des techniques de filtration. Mais les problèmes viennent maintenant du Sud-est asiatique. Et les dommages à long terme causés sur les forêts, dus à l'acidification des sols, n'ont pas encore été résolus.

L'acidification de l'air et les pluies acides sont les conséquences de processus d'oxydation atmosphériques du soufre, qui conduisent à la formation d'acide sulfurique. De plus de l'acide nitrique se forme à partir des oxydes d'azote. Les dommages provoqués par les pluies acides peuvent se voir en forêt mais également sur les bâtiments et les peirres dans les villes (voir les images ci-dessous).

Conception urbaine

Dans le passé les villes se sont développées sans se soucier de l'environnement. De nos jours on en sait beaucoup plus sur les modifications qu'elles entraînent sur les équilibres thermiques, sur l'écoulement de l'eau. On connaît les problèmes engendrés par de grandes surfaces recouvertes par du béton, et on s'intéresse aux mouvements de l'air dans la ville. Tout ces facteurs sont désormais pris en compte lors de la construction de nouveaux quartiers  dans une ville moderne. On teste parfois l'effet qu'auront de hauts bâtiments grâce à des maquettes dans des tunnels à vent, et les maisons modernes peuvent être construites avec des revêtements permettant d'économiser l'énergie.  De telles techniques sont encore chères mais prévisagent les villes du futur.

Pour plus de détails, vous pouvez aller voir la thématique CLIMAT URBAIN. Vous en apprendrez davantage sur la pollution atmosphérique, les particularités du climat urbain et son bilan énergétique, ainsi que sur le problème des pluies acides.

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Author: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
English proof reading: Sally Taylor, University of Leeds
last published: 2005-06-14