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Focus: Ilôts de chaleur

La température de l'air est généralement plus élevée dans les villes durant la nuit que dans les zones rurales voisines, phénomène connu sous le nom d' "îlot de chaleur urbain".
L'Institut Royal Météorologique a mené différentes études afin de l’évaluer à Bruxelles. L'analyse des relevés de températures montre que l'effet de l'ilôt de chaleur urbain y existe bien. Il est en outre de plus en plus marqué avec le temps, en particulier pour ce qui est des températures minimales (donc nocturnes). Cette augmentation est notamment liée à l'urbanisation progressive de la Région.
Un îlot de chaleur d'une  valeur moyenne sur la periode 1961-1990 de 2,5°C dans le centre de Bruxelles a en outre été calculé via les différentes modélisation réalisées, pour la température minimale. L'ampleur de l'îlot de chaleur urbain diminue progressivement vers la périphérie, avec un impact positif substantiel des zones vertes, et en particulier de la Forêt de Soignes.

Une température plus élevée dans les centres-villes

La température de l'air (à proximité de la surface du sol) est plus élevée dans les villes que dans les zones rurales voisines. Ce phénomène est connu sous le nom d'îlot de chaleur urbain (ou UHI pour "Urban Heat Island").

Illustration du profil thermique caractéristique d'un îlot de chaleur urbain
D'après Akbari et al. (1992). "Cooling our communities – a guidebook on tree planting and light colored
surfacing.", U.S. Environmental Protection Agency, Office of Policy Analysis, Climate Change Division, Berkeley : Lawrence Berkeley Laboratory

Illustration du profil thermique caractéristique d'un îlot de chaleur urbain

Essentiellement marqué dans le centre des villes, l'îlot de chaleur peut être associé à un phénomène très local, comme par exemple dans le cas des "rues canyon". Celles-ci correspondent à des rues étroites bordées de part et d'autre par des bâtiments et soumises à un vent latéral, ce qui ne permet pas une bonne dispersion de la chaleur ou des polluants.

La formation et l’intensité d’un UHI dépendent de plusieurs facteurs, à commencer par les conditions météorologiques. Les principales différences de températures entre ville et campagne apparaissent en effet par temps clair, avec peu de vent et sont en général plus marquées en début de nuit.
Ces îlots de chaleur urbains s’expliquent par le remplacement des sols végétalisés et perméables par des bâtiments et revêtements imperméables. Ainsi, par exemple :

  • la réduction de la couverture végétale et la multiplication des murs verticaux augmentent la surface collectant le flux radiatif solaire,
  • l’utilisation de matériaux de couleurs sombres pour les routes et les bâtiments (et donc un albédo plus bas dans les zones urbaines) entraîne une absorption plus importante de l’énergie solaire incidente,
  • les effets de piégeage de rayonnement à l’intérieur des rues-canyons dans le centre de la ville sont à l'origine d'une augmentation de la température dans ces rues : étant donné la structure en trois dimensions de la rue, les rayonnements réfléchis ne sont pas directement émis dans l’atmosphère mais restent coincés à l’intérieur de la rue ; l'orientation et la pente des rues (et l'exposition au soleil et aux vents liée) influencent en outre également l'importance de l'élévation de la température,
  • la capacité de l'environnement direct à abaisser les températures journalières par évaporation ou évapotranspiration (eau et plantes) et par ombrage est réduite.

Ces élévations locales de températures sont en outre également liées aux activités humaines plus concentrées en ville (rejets de gaz de combustion, rejets d’air chaud par les systèmes de climatisation, eaux chaudes circulant dans les égouts, etc.).

L'augmentation des températures liée à l'îlot de chaleur est susceptible d'entraîner des perturbations aussi bien au niveau du confort et de la santé (exacerbation des effets liés à la chaleur), qu’au niveau des consommations énergétiques (climatisation) et des nuisances associées (consommation d'énergie et émissions de polluants dans l'air liées).
Les îlots de chaleur nocturnes ont un impact potentiel plus important sur la santé humaine, dans la mesure où -notamment en période de fortes chaleurs- des températures urbaines nocturnes plus chaudes sont susceptibles de limiter l'effet de soulagement après une journée caractérisée par des températures diurnes élevées. 

Qu'en est-il en Région bruxelloise ?

La Région bruxelloise est une ville qui présente un taux de verdurisation sensiblement moindre dans le centre qu'en périphérie. Elle est en outre caractérisée par un taux d'imperméabilisation moyen qui est passé de 26% à 47% entre 1955 et 2006 (ULB-IGEAT, 2006). Comme d'autres villes, elle présente donc les conditions pour développer un îlot de chaleur urbain. 
L'Institut Royal Météorologique a mené différentes études afin d’évaluer l'UHI à Bruxelles.
La première réside dans le calcul des différences entre les températures mesurées à Brussegem et à Uccle, deux stations du réseau climatologique de l’IRM :

  • Uccle est une station suburbaine, située dans le sud de la Région, à 6 km du centre de Bruxelles.
  • La station climatologique de Brussegem est une station rurale, située à 13 km au Nord-Ouest du centre de Bruxelles, en Région flamande.

Les différences de température entre les deux stations ont ainsi été calculées pour les températures minimales (nocturnes, partie supérieure du graphique ci-dessous) et maximales (diurnes, partie inférieure du graphique) de chaque jour, durant chaque été de la période 1955-2006. L’évolution des différences à long terme est donnée par les droites de tendance linéaire.

L’effet urbain sur les températures minimale et maximale de l'air, moyenné pendant l’été, entre 1955 et 2006.
Source : IRM, Rapport Vigilance climatique, 2015

L’effet d'îlot de chaleur urbain est estimé par les différences entre les températures enregistrées à la station d’Uccle et à la station rurale de Brussegem en période estivale. L’absence de données entre 1972 et 1979 s’explique par l’interruption des mesures à Brussegem durant cette période. 
L’effet urbain sur les températures minimale et maximale de l'air, moyenné pendant l’été, entre 1955 et 2006

Les résultats montrent que l'effet de l'ilôt de chaleur urbain existe bien à Bruxelles. Il est en outre de plus en plus marqué avec le temps, en particulier pour ce qui est des températures minimales (augmentation 2,8 fois plus rapide qu'au niveau des températures maximales) (Hamdi et Van de Vyver, 2011). Cette augmentation plus importante des températures minimales en particulier peut notamment s'expliquer par une inertie thermique (ou capacité de stockage de la chaleur) plus élevée en ville, combinée à un albédo plus bas des surfaces urbaines. Ce qui retarde le refroidissement des villes la nuit, en comparaison avec les zones rurales avoisinantes. A cela s'ajoutent, comme précisé plus haut, l'effet d'une évapotranspiration (et le refroidissement par évaporation lié) plus limitée et la production anthropogénique de chaleur plus importante en ville.

Des modélisations de la répartition spatiale de l'effet d'UHI ont également été réalisées par l'IRM (Hamdi et al., 2014). Les différentes publications de l'IRM mentionnées plus bas vous permettront d'avoir plus de détails méthodologiques si nécessaire.
Un îlot de chaleur d'une ampleur de 2,5°C dans le centre de Bruxelles a ainsi été calculé via les différentes modélisation réalisées, pour la température minimale (donc nocturne).

Répartition spatiale de l'îlot de chaleur urbain bruxellois nocturne, moyenné sur 30 ans (1961-1990)

Source : Hamdi et al., 2014

Résultat des modélisations effectuées à l'aide du modèle atmosphérique opérationnel de l’IRM ALARO couplées à un nouveau schéma de surface avec une paramétrisation spécifique pour les villes et forcées par la base de données ERA40. Les points noirs correspondent à la localisation du centre de Bruxelles, de la station de Uccle et de la station de Brussegem.
L'échelle des valeurs est en °C de différence par rapport  à la température minimale simulée sur les valeurs rurales (en dehors de la ville).

Répartition spatiale de l'îlot de chaleur urbain bruxellois nocturne, moyenné sur 30 ans (1961-1990)

Les valeurs les plus élevées s'observent dans le centre de la ville. L'ampleur de l'îlot de chaleur urbain diminue progressivement vers la périphérie. Un impact positif substantiel des zones vertes, et en particulier de la Forêt de Soignes, peut également être observé.

Quel effet de l'urbanisation de la Région bruxelloise ?

Les modélisations réalisées par l'IRM ont également eu pour objectif d'identifier le rôle de l'urbanisation progressive de la Région dans l'augmentation progressive de la température observée à Uccle, en comparant deux simulations. La première tient compte de l’historique de l’évolution du taux d’imperméabilisation en RBC et la seconde suppose une situation hypothétique sans zones urbaines à l’intérieur du domaine de la RBC (simulation rurale). L’effet urbain et son évolution sont estimés en faisant la différence des températures obtenues dans les deux simulations.

L'urbanisation progressive de la Région serait ainsi à l'origine d'un accroissement moyen de la température à Uccle de 0.09°C tous les 10 ans.
25% du réchauffement estival observé à Uccle entre 1960 et 1999 serait ainsi expliqué par une intensification de l'effet de l'îlot de chaleur urbain liée à l'urbanisation progressive, plutôt qu'à des changements locaux ou régionaux du climat (IRM, 2015 ; estimation basée sur la différence entre les températures observées à Uccle et à Brussegem).  

A quoi devons-nous nous attendre pour le futur ?

Des modélisations prospectives ont également été réalisées par l'IRM (Hamdi et al., 2014 et 2015).

Elles montrent que : 

  • Le changement climatique a un impact limité sur l’intensité de l’îlot de chaleur urbain en moyenne annuelle, avec une augmentation durant la nuit pendant l’hiver et une diminution durant la journée pendant l’été ;
  • L’augmentation de l'intensité de l'îlot de chaleur urbain pendant l’hiver durant la nuit est liée à une projection de diminution du vent à l’horizon 2050 selon les simulations climatiques ;
  • La diminution durant la journée pendant l’été est liée à un assèchement des sols (à l'origine e.a. d'une augmentation des températures rurales), étant donné la réduction des précipitation estivales selon les simulations climatiques ;
  • L’impact des changements climatiques sur le climat urbain de Bruxelles sera plus important lors des épisodes de vague de chaleur, en combinaison avec le développement futur de la ville. Etant donné que l’îlot de chaleur urbain s’intensifie durant une vague de chaleur, la population urbaine sera plus exposée à l’effet urbain durant l’été, puisque les modèles climatiques projettent une augmentation de la fréquence des épisodes de vague de chaleur dans le futur.
Date de mise à jour: 06/12/2017
Documents: 

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