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# Climat et Urbanisme: Apports de la dimension cartographique de la climatologie urbaine à la mise en place des plans d'adaptation

Julia Hidalgo

► To cite this version:

Julia Hidalgo. Climat et Urbanisme: Apports de la dimension cartographique de la climatologie urbaine à la mise en place des plans d'adaptation. Milieux et Changements globaux. École Normale Supérieure de Paris - ENS Paris, 2022. tel-03867034

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Submitted on 23 Nov 2022

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# Mémoire pour l'obtention du diplôme d'Habilitation à Diriger des Recherches

présentée à

L'École Normale Supérieure

par

Julia HIDALGO

Chargée de recherches

Laboratoire LISST - UMR 5193 CNRS - Université Toulouse Jean Jaurès

## Climat et Urbanisme :
### Apports de la dimension cartographique de la climatologie urbaine à la mise en place des plans d'adaptation

## TOME II -
### VOLUME DE TRAVAUX INÉDITS

Bruno BARROCA Professeur des universités, Lab'Urba Rapporteur

Sidonie CHRISTOPHE Directrice de Recherche, COGIT-IGN Rapporteur

Matthias ROTH Professor, National University of Singapore Rapporteur

Sandrine MATHY Directrice de Recherche, GAEL Examinateur

Valéry MASSON Ingénieur en chef des Ponts, Eaux et Forêts, CNRM-Météo France Examinateur

Magali REGHEZZA Maître de conférences HDR, ENS Garante
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Sommaire

<table><tr><td>Introduction</td><td>5</td></tr><tr><td>Partie I- Climat urbain : agenda et perspectives d'un risque climatique</td><td>9</td></tr><tr><td>Synthèse de la PARTIE I</td><td>25</td></tr><tr><td>Partie II - Nouvelles injonctions réglementaires et recherche en climatologie urbaine en France</td><td>27</td></tr><tr><td>Synthèse de la PARTIE II</td><td>57</td></tr><tr><td>Partie III: Une contribution aux recherches à l'interface entre sciences du climat et l'urbanisme via leur dimension cartographique</td><td>59</td></tr><tr><td>Synthèse de la PARTIE III</td><td>115</td></tr><tr><td>Discussion finale</td><td>117</td></tr><tr><td>Annexe 1</td><td>123</td></tr><tr><td>Annexe 2 : Discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent</td><td>131</td></tr><tr><td>Annexe 3 : Cartes d'analyse du stress thermique diurne pour les types de temps sensibles 7 et 8</td><td>132</td></tr><tr><td>Annexe 4: Cartes d'analyse de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour les types de temps sensibles 7 et 8</td><td>134</td></tr><tr><td>Bibliographie</td><td>137</td></tr><tr><td>Tables</td><td>147</td></tr></table>
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Introduction

**La ville et le climat, deux systèmes complexes.** La ville contemporaine est une organisation socio-spatiale composée d'entités hétérogènes en interaction : habitants, constructions et zones naturelles, les réseaux de communication, activités, services, etc. Elle est indéniablement un système complexe (Barroca, 2017). Ses entités constitutives dépendent de l'échelle d'observation (individus et bâtiments à l'échelle micro, quartiers et collectifs à l'échelle méso, etc.) ; leurs interactions sont rarement prévisibles ; le pilotage du système urbain, traditionnellement assuré par des acteurs publics, associe désormais de plus en plus habitants, associations, entreprises, etc. participant à ce que l'on nomme désormais la « gouvernance urbaine ».

Le système climatique doit sa complexité aux interactions entre ses composantes (atmosphère, surfaces continentales, hydrosphère, cryosphère, biosphère) auxquelles s'ajoutent des contraintes externes d'origine physique et anthropique. Sa prévisibilité est limitée par la nature chaotique de son comportement : d'infimes changements peuvent générer des effets de grande ampleur. La modélisation du climat futur vise à évaluer l'effet des activités humaines sur son évolution et en retour, l'impact de celle-ci sur le fonctionnement des écosystèmes. Les écosystèmes urbains sont emblématiques de ce type de rétroaction : les villes subissent les impacts locaux du changement climatique, mais contribuent aussi au déséquilibre climatique global de par, entre autres, leurs émissions de GES et l'artificialisation des sols qu'elles génèrent.

L'interaction entre ces deux systèmes complexes est un objet de recherche d'actualité. Un exemple est la **nécessaire adaptation des villes aux températures extrêmes**. Sous nos latitudes, le changement climatique entraîne une hausse généralisée des températures et une intensification des épisodes caniculaires qui exposent les villes à des risques de températures extrêmes. Nombreux sont les impacts : problèmes de santé publique, de confort des espaces intérieurs et extérieurs, de surconsommation énergétique et d'émissions de gaz à effet de serre (GES). Les villes sont par ailleurs sujettes à l'îlot de chaleur urbain qui désigne l'élévation locale de la température due à l'accumulation de chaleur dans les matériaux urbains (Figure 1). Canicules et îlot de chaleur combinés aggravent les vulnérabilités urbaines.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 1. Schéma illustrant, l'îlot de chaleur urbain, défini comme l'élévation relative de la température de l'air dans les zones urbanisées par rapport aux zones moins urbanisées environnantes. Exemple de la région parisienne (Source : Aude Lemonsu, CNRM, Météo France)</figcaption></figure>

L'évaluation des risques liés aux températures extrêmes, l'adaptation du bâti et des espaces publics aux canicules, l'évolution du cadre réglementaire et opérationnel sont autant de sujets de recherche qui doivent être investis
de manière inter- et transdisciplinaire. Les recherches présentées ici portent sur l'étude des interactions entre système urbain et système climatique et ont pour vocation accompagner les acteurs locaux dans l'élaboration de stratégies d'adaptation face à ces nouveaux risques. Elles demandent une forte interdisciplinarité –notamment entre sciences humaines et sociales et sciences de l'atmosphère- et mobilisent la modélisation et la cartographie pour tenter de reproduire et analyser les phénomènes réels, leurs interactions et leur dynamique. Elles recourent également à l'analyse des systèmes d'acteurs, des outils d'urbanisme et du cadre réglementaire.

**J'ai une pratique de recherche en climatologie urbaine depuis les sciences de l'atmosphère comme socle disciplinaire mais je la pratique en immersion dans une équipe d'études urbains.** J'ai une formation initiale en physique de l'atmosphère et l'environnement obtenue au début des années 2000. Je me suis ensuite spécialisée dans la climatologie urbaine à travers une thèse européenne binationale (France-Espagne) entre le Centre National de Recherches Météorologiques de Météo-France et l'Université de Vigo. Sur ces premières années j'ai exercé un parcours typiquement disciplinaire en sciences de l'atmosphère et de l'environnent. J'ai ainsi acquis une expérience dans l'observation (Campagnes CAPITOUL, Bilbao, DESIREX), la modélisation numérique du micro-climat urbain (modèles Méso-NH et SURFEX-TEB) et le traitement de données (programmation informatique, méthodes d'analyse statistique et spatiale).

Je me suis orientée après ma thèse vers des projets de climatologie urbaine plus en lien avec la sphère opérationnelle. J'ai ainsi participé à des projets qui étaient d'envergure à ce moment là en Espagne - projet EGOKITZEN qui a donné naissance au premier plan climat pour une ville Espagnole - et en France, projets ACCLIMAT et ANR-MUSCADE dont le dialogue interdisciplinaire a été mis au profit d'une plateforme de modélisation climatique et urbanistique.

J'ai intégré en 2014 le Centre Interdisciplinaire d'Études Urbaines du Laboratoire LISST (LISST-CIEU). L'interdisciplinarité y est pratiquée au niveau de l'interface entre la climatologie et les études urbaines, cette dernière temathique étant le domaine d'expertise de l'équipe CIEU depuis une soixantaine d'années. Une autre marque de caractère de l'équipe CIEU est la mise en place d'approches de recherche action ou de co-construction d'objets de recherche avec les acteurs opérationnels ou les usagers de l'espace urbain. J'ai ainsi eu l'occasion de co-porter avec Valéry Masson du CNRM le projet ANR-MAPUCE<fnref n="1" />, et de coordonner les volets SHS du projet ADEME-PÆNDORA<fnref n="2" />. Je porte actuellement le projet ADEME-PÆNDORA2 (2022-2024) intitulé « *Pour la gestion du confort estival : Données, Outils et Recherche-Action* ».

**J'ai deux chantiers de recherche étroitement liées mais aux approches disciplinaires éloignées.** A travers ces projets, j'ai développé deux chantiers étroitement liées mais dont les approches disciplinaires sont très différentes :

* le premier chantier s'appuie sur la mobilisation de données atmosphériques, climatiques, urbaines et d'outils de géo-visualisation afin de construire un certain nombre d'objets intermédiaires (figures, cartes, documents...) nécessaires à la discussion avec les services administratifs en charge des politiques de planification urbaine. Des collaborations étroites avec des climatologues urbains producteurs de données et des géomaticiens nourrissent ce chantier.

* le second chantier s'appuie sur la lecture et l'analyse d'outils d'urbanisme, ainsi que sur des techniques de recherche propres aux SHS typiquement des entretiens semi-dirigés, des enquêtes et de l'observation participante. Des collaborations étroites avec des chercheurs en géographie urbaine et en droit de l'environnent alimentent et surtout pilotent ce chantier où je suis disciplinairement néophyte.

<footnote n="1">¹ Modélisation Appliquée et droit de l'Urbanisme : Climat urbain et Énergie, https://www.umr-cnrm.fr/ville.climat/spip.php?rubrique120</footnote>

<footnote n="2">² Planification, Adaptation et Énergie : Données territoriales et accompagnement, https://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article1119</footnote>
**Mes recherches apportent une contribution à la mise en place de plans d'adaptation aux températures extrêmes en milieu urbain.** Le programme de recherches présenté en 2013 au concours du CNRS s'intitulait *Intégration des enjeux climatiques dans la planification et l'aménagement urbains*. Il avait pour objectif très général d'étudier l'articulation possible entre savoirs climatiques et urbanistiques pour améliorer la prise en compte de la gestion du confort estival dans les outils d'urbanisme. Dans ce projet je proposais de mobiliser des outils qui avaient déjà fait leurs preuves dans leurs champs respectifs, y compris sur des projets interdisciplinaires précédents (mesures physiques, modélisation climatique, enquêtes, analyse de documents ou d'acteurs), mais aussi d'explorer le potentiel de techniques cartographiques à l'échelle urbaine et intra-urbaine. Ce dernier domaine était novateur dans le contexte français.

Les recherches développées à partir de ce programme ont essayé de contribuer à la prise en compte des enjeux climatiques dans la planification et l'aménagement urbains depuis plusieurs angles complémentaires. D'une manière naturelle, nous avons travaillé à l'amélioration de la caractérisation de l'Aléa à travers, par exemple, l'amélioration des outils de modélisation (pour mieux prendre en compte les caractéristiques urbaines ou des typologies d'usager comme ce fut le cas dans le projet ANR-MApUCE). Le travail sur la spatialisation des données climatiques à l'échelle urbaine et le croisement avec des données socio-démographiques a pur vocation de caractériser l'exposition et la vulnérabilité territoriale. Les techniques de représentation et visualisation spatiale associées ont été utiles à l'élaboration du Diagnostic d'un document d'urbanisme pour Toulouse et ont permis de proposer une méthodologie et des préconisations en termes de sémiologie graphique pour l'élaboration des cartes climatiques de l'environnement urbain. Finalement, nous avons travaillé à l'identification de l'échelle d'action et d'application de chacun des leviers d'adaptation et gestion du confort estival (végétalisation, occupation des sols, forme urbaine, matériaux, émission de flux de chaleur atrophiques, etc.) au regard des différentes documents composant l'outil d'urbanisme.

Chacun de ces chantiers de recherche est, à lui seul, fortement interdisciplinaire. Des collaborations avec des géographes, architectes et sociologues ont été nécessaires pour améliorer le modèle de simulation micro-climatique. Des collaborations avec des géographes urbanistes, cartographes et géomaticiens ont été nécessaires pour investir le sujet de la cartographie climatique. Des collaborations avec des juristes de l'environnement ont permis d'aborder le cadre réglementaire et les outils d'urbanisme, sous différentes dimensions. Finalement, l'implication des acteurs publiques en charge de l'urbanisme dans ces recherches, Fédération National des Agences d'Urbanisme et Toulouse Métropole, a permis de comprendre l'utilité des données et méthodes proposés, leur cadre d'application, leurs limites, et il me semble, de créer des résultats de recherche plus utiles et pertinents que s'il avait été développées dans un cadre purement disciplinaire.

**En termes de structure et de contenu,** si le TOME I de ce dossier scientifique d'HDR décrit mes activités de recherche et d'enseignement d'une manière synthétique mais globale, ce TOME II a pour objectif de situer mes travaux en lien avec la dimension cartographique de la climatologie urbaine par rapport à un certain contexte international et national. Ce contexte est caractérisé par :

* une mise à l'agenda dans l'opinion publique et les pouvoirs politiques de l'urgence de prendre en compte les enjeux de surchauffe urbaine dans la planification et l'aménagement urbains, à la fois pour des questions de santé publique et environnementale en général mais aussi d'atténuation du changement climatique (Partie I).

* une évolution réglementaire qui a suivi en France la montée en puissance de cette thématique et une certaine maturité des outils et approches méthodologiques d'étude et caractérisation du climat urbain (Partie II).

* des programmes institutionnels qui ont accompagné la création de projets et de profils de recherche de plus en plus interdisciplinaires et appliqués qui ont donné lieu à plusieurs productions à destination de la sphère opérationnelle sous forme de Atlas cartographiques, Guides et documents méthodologiques (Partie III).
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# Partie I- Climat urbain : agenda et perspectives d'un risque climatique

## Introduction. Un sujet de recherche internationalisé et interdisciplinaire

### 1. Quelle définition pour le climat urbain ?

Les espaces urbanisées perturbent les caractéristiques atmosphériques aux échelles locale et régionale en modifiant les échanges de chaleur, d'humidité, de masse et de quantité de mouvements entre la surface de la Terre et les premières couches d'air. Ces effets sont présents à toutes les échelles spatiales<fnref n="3" /> et temporelles. Ils dépendent de la structure physique de la ville et des activités anthropiques, notamment celles qui dégagent de la chaleur. Ces caractéristiques climatiques particulières des zones urbaines constituent ce qu'on appelle le climat, ou microclimat, urbain. Le phénomène le plus étudié et le plus médiatisé est l'ilot de chaleur urbain (en anglais *Urban Heat Island*, UHI) (Oke et al. 2017). Il décrit les différences de températures de surface et/ou de l'air par rapport à un environnement « naturel ». D'autres phénomènes incluent des changements dans la turbulence et la dynamique générale de l'écoulement de l'air lorsque ce dernier s'adapte à la complexité de la surface urbaine, ce qui influence la dispersion des polluants atmosphériques, la formation des nuages en général et le cycle de l'eau en particulier.

### 2. Des risques composites définis par le changement climatique et le climat urbain

Vis-à-vis du changement climatique en cours à l'échelle planétaire, les villes ont un double rôle. Un rôle actif d'aggravation car, en accueillant plus de la moitié de la population mondiale et en polarisant l'activité économique, elles concentrent les fortes émissions de gaz à effet de serre (GES). Mais les espaces urbanisées ont aussi un rôle passif. Elles subissent les modifications directes du climat régional qui se présentent à différentes échelles spatiales et temporelles. C'est le cas de la hausse généralisée des températures et du niveau de la mer, de la modification du régime de pluies ou encore de l'intensification des évènements extrêmes (vagues de chaleur, tempêtes, cyclones) (IPCC, 2019).

Une telle situation appelle des politiques d'adaptation aux impacts attendus du changement climatique mais aussi des politiques d'atténuation de l'impact des zones urbaines sur l'atmosphère. Ces politiques recoupent le champ de l'urbanisme opérationnel et celui de la gestion des risques. Elles agissent autant sur la matérialité physique (artificialisation du sol, structure tridimensionnelle des espaces bâts) que sur la réduction de la vulnérabilité des populations et des activités économiques au moyen de systèmes d'alerte précoce ou de campagnes d'information (Tableau 1). Les villes peuvent ainsi également jouer un rôle important d'atténuation et sont des terrains d'application pour de nombreuses politiques en lien avec la gestion climatique aux échelles locales et globales.

<footnote n="3">³ Depuis celle de la rue, par exemple pour la turbulence, jusqu'à l'échelle urbaine, voire même régionale, pour certains phénomènes comme le transport de contaminants atmosphériques ou de chaleur.</footnote>
<table><caption>**Tableau 1.** Exemple de leviers d'action face au risque de températures extrêmes en milieu urbain</caption><thead><tr><td>Objectifs</td><td>Leviers d'action</td></tr></thead><tbody><tr><td><ul><li>Accroître la part de couverts naturels et réduire les surfaces imperméables</li></ul></td><td><ul><li>Implantation de surfaces en eau, de sols perméables et de végétation</li><li>Maîtrise de l'extension urbaine</li></ul></td></tr><tr><td><ul><li>Réduire l'impact de l'ensoleillement dans les espaces intérieurs et extérieurs</li></ul></td><td><ul><li>Systèmes d'ombrage (brise-vues, arbres de rue)</li><li>Matériaux de construction réfléchissants</li><li>Isolation thermique des bâtiments</li></ul></td></tr><tr><td><ul><li>Optimiser la ventilation par le vent à différentes échelles spatiales</li></ul></td><td><ul><li>Couloirs de ventilation naturels à l'échelle de la ville</li><li>Orientation des rues et bâtiments à l'échelle du quartier</li><li>Systèmes de ventilation des bâtiments (fenêtres)</li></ul></td></tr><tr><td><ul><li>Réduire le flux de chaleur anthropique</li></ul></td><td><ul><li>Réduction des émissions de chaleur liées aux activités industrielles, aux systèmes de climatisation, au trafic routier</li></ul></td></tr><tr><td><ul><li>Réduire la vulnérabilité des populations, anticiper les situations à risque</li></ul></td><td><ul><li>Plans d'alerte (Plan Canicule)</li><li>Campagne d'information et de sensibilisation</li><li>Comportements individuels</li></ul></td></tr></tbody></table>

La littérature scientifique portant sur la capacité d'adaptation des villes est aujourd'hui pléthorique. Une révision de la production scientifique portant sur les mesures d'adaptation à l'UHI et aux vagues de chaleur permet de dresser un panorama solide à l'issue de trente années de recherche. Ce sont la consommation d'énergie, la pollution de l'air, la température ambiante extérieure et la santé des citoyens en période estivale qui ont concentré la plupart des efforts, quel que soit le continent (Akbari et Kolokotsa 2016). Le deuxième grand axe de recherche a été le développement et l'évaluation de matériaux (toits, murs et trottoirs) pour contrer les effets de l'UHI (Pisello 2017). Les études multileviers, comparant l'effet de plusieurs mesures d'atténuation au phénomène d'UHI, sont moins courantes que les études dédiées à une seule mesure d'atténuation. Ceci peut constituer un frein à la prise de décision car la difficulté de priorisation des actions reste entière (Aleksandrowicz et al. 2017). Les mesures d'adaptation thermique recommandées pour les espaces extérieurs ne doivent pas se réduire à des interventions environnementales ou technologiques sur le bâti. Les ajustements comportementaux et l'adaptation psychologique doivent conjointement être considérés (Shooshtarian et al. 2018). Enfin, Hintz et al. (2018) explorent la transférabilité des solutions proposées dans la littérature pour faire face aux vagues de chaleur urbaines. La plupart des études de cas traitées concernent l'Amérique du Nord, l'Europe et l'Australie. Les solutions analysées se concentrent principalement sur l'utilisation des infrastructures vertes (végétation) et bleues (eau) ou grises (construites). Les auteurs considèrent l'administration de la ville comme un élément pivot pour la mise en œuvre de solutions. Ils soulignent aussi l'importance des habitants et des autorités locales comme acteurs essentiels de l'adaptation aux vagues de chaleur urbaines.
3. Internationalisation et interdisciplinarité, deux marques de la climatologie urbaine aujourd'hui

Une revue bibliographique laisse entrevoir à quel point la climatologie urbaine est devenue à la fois un champ de recherche profondément internationalisé et interdisciplinaire.

Même si la diffusion des connaissances au sein de la sphère de la recherche prend du temps, on constate qu'un certain degré de cohésion et de maturité est actuellement atteint. Historiquement, la circulation des connaissances a reposé sur des réunions organisées sous les auspices de grands réseaux internationaux tels que l'Organisation météorologique mondiale (OMM), la Confédération internationale du bâtiment (CIB), la Fédération internationale du logement et de l'aménagement (IFHP), la Société internationale de biométéorologie (ISB), l'Organisation mondiale de la santé (OMS) et, plus récemment, l'Association internationale du climat urbain (IAUC).

Hebbert et Mackillop (2013) ont fidèlement restitué la diffusion de ces connaissances qui débute à la fin des années 1950, à Davos, avec un groupe de travail international sur la climatologie urbaine impliquant l'IFHP, l'ISB et la CIB. Ce groupe continue d'exister, mais c'est l'IAUC qui a pris la main en organisant un cycle de conférences trisannuelles et en structurant les réseaux de recherche à l'échelle internationale. Le succès de cette collaboration internationale de la recherche, de l'échange de connaissances et des réseaux qui en découlent s'explique par le fait que des personnalités clés de la recherche sur le climat urbain ont participé à ces structures internationales à divers titres. Aujourd'hui encore, certains membres de l'AIUC sont fortement impliqués dans l'OMM ou l'ISB.

S'il est courant de se référer au travail de L. Howard sur Londres au début du xIXe siècle et plus tard au canadien T.R. Oke en tant que pionnier du domaine à partir des années 1970, la recherche décrivant les conditions atmosphériques dans les zones urbaines s'est accélérée au cours des années 2010, tirant parti du développement de nouvelles technologies de modélisation numérique et attirant un nombre croissant de scientifiques de différentes disciplines, partout dans le monde. Les chercheurs en géographie physique et en physique atmosphérique avaient dans un premier temps largement investi la climatologie urbaine en orientant la recherche vers l'environnement extérieur urbain tandis que les architectes se concentraient généralement plus sur l'étude des conditions microclimatiques à l'intérieur des bâtiments. Ces travaux concernaient à la fois l'impact du développement urbain sur l'atmosphère et la réponse des populations au climat urbain produit. Les échelles spatiales couvertes vont de celle du bâtiment ou de la rue jusqu'à celle de la ville.

Un élargissement thématique progressif a eu lieu ces dernières années, enrichissant le domaine de recherche en associant notamment des spécialistes de pollution atmosphérique urbaine, d'hydrologie urbaine, de microclimatologie à l'échelle des bâtiments, de végétation urbaine et d'urbanisme (Oke et al. 2017). La notion d'anthropocène est pratiquement inexistante dans cette littérature et se présente comme le contexte, « le décor de fond » des travaux souvent à caractère très technique (comme par exemple en Ching, 2018 dont l'article s'intitule « World Urban Database and Access Portal Tools (WUDAPT), an urban weather, climate and environmental modeling infrastructure for the Anthropocene » ). Plus largement néanmoins on trouve ponctuellement, parmi les études urbaines, des réflexions mobilisant moment anthropocène et phénomènes atmosphériques au travers des ambiances urbaines et de leur registre sensible (Thibaud 2018).
# Chapitre 1 : Rendre opérationnel le savoir en climatologie urbaine, un enjeu d'actualité

## 1. Articuler production de connaissances et besoins opérationnels

### 1.1 Un intérêt ancien mais ténu, allant croissant

Les chercheurs en climatologie urbaine ont fait des progrès significatifs dans la compréhension des liens entre l'extrême hétérogénéité spatiale de la surface urbaine, et les changements dans l'atmosphère sus-jacente appelée *couche limite urbaine*. Des lacunes importantes subsistent dans la compréhension des processus physiques, mais la communauté reconnaît généralement que le défi majeur du moment consiste à articuler les connaissances acquises et la prise de décision dans le domaine de l'urbanisme.

Des efforts dans ce sens ont commencé très tôt, comme en témoigne le livre de Kassner et Vortrage, *Les bases météorologiques de l'urbanisme*, publié en allemand en 1910. Hebbert et MacKillop incluent par ailleurs une revue complète d'études de climatologie urbaine appliquée au domaine de l'urbanisme dans leur publication de 2013. Mais il existe des initiatives plus récentes au sein de la communauté internationale de chercheurs.

La *Conférence internationale en climatologie urbaine* de 2012 (ICUC8, Dublin, Irlande) a inclus une session plénière sur les études appliquées. En 2015, lors de l'ICUC9 (Toulouse, France), il a été clairement décidé de se concentrer « sur les activités scientifiques récentes sur l'atténuation et l'adaptation au changement climatique en milieu urbain, ainsi que sur le transfert aux acteurs de la planification et l'aménagement urbains ». Cela dit, le succès de sessions telles que le « transfert des connaissances sur le climat urbain aux urbanistes » ou la « conception urbaine avec le climat » est allé de concert avec une conception verticale du transfert de l'information, de la sphère académique vers la sphère opérationnelle. L'ICUC10 tenue en 2018 à New York a consolidé le dynamisme des études appliquées en proposant de nombreuses séances sur l'urbanisme et la gouvernance, le confort et les études d'impact. On relève enfin qu'un plus grand nombre de travaux impliquent les acteurs de terrain, ou sont coconstruits avec eux, attestant d'une certaine tendance à valoriser la recherche-action.

### 1.2 Quelques obstacles à cette articulation

Il existe quantité de recherches sur le climat urbain. Elles portent sur l'atténuation de l'îlot de chaleur urbain, la gestion du vent, de la pluie et de la neige ou sur l'utilisation des espaces verts pour améliorer qualité de l'air et le confort. Néanmoins, l'application des connaissances scientifiques à la conception urbaine ne s'est pas faite sans obstacle. Font figure d'exception les pays germanophones, où plusieurs expériences existent (de (Horsfall 1904) et (Kratzer 1937) à (Stock et Beckröge 1985) ; (Stock 1992) et (Baumüller 2005), pour n'en citer que quelques-unes), et dans une moindre mesure Israël (Goldreich 2003) ou le Japon (Kusaka 2008 ; Tanaka et al. 2009). Hebbert et Mackillop (2013) ont souligné les obstacles possibles à l'intégration entre connaissances climatiques et échelle opérationnelle. Ils les répartissent en deux catégories. La première se réfère aux tendances dans les pratiques d'urbanisme, la deuxième aux modes de production des connaissances atmosphériques.

Concernant l'urbanisme, deux aspects clés sont mis en avant par les auteurs :

* le modernisme<fnref n="4" /> a constitué le mouvement dominant de la production urbaine au XXᵉ siècle. Les styles d'architecture et d'aménagement urbain qui lui sont liés, mettent davantage l'accent sur l'échelle du bâtiment. Les espaces extérieurs ne sont considérés que d'un point de vue paysager, négligeant ainsi l'analyse climatique ;

* entre les années 1950 et 1970, le déterminisme environnemental a fait place au constructivisme environnemental, entraînant un déclin de l'intérêt pour l'impact de la conception sur l'environnement physique.

<footnote n="4">⁴ L'historiographie architecturale date l'émergence d'un « urbanisme moderniste » qui a atteint son apogée dans les années vingt et trente du XXe siècle. Monclús J., Díez Medina C. (2018) Modern Urban Planning and Modernist Urbanism (1930–1950). In: Díez Medina C., Monclús J. (eds) Urban Visions. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-59047-9_4</footnote>
* Concernant la production de connaissances atmosphériques, c'est la déconnexion entre services météorologiques nationaux – qui produisent les données et les analyses atmosphériques – et les professions de l'aménagement du territoire qui est soulignée :

* les mesures atmosphériques nécessitent des réseaux d'observation coûteux à construire et à entretenir. Ces réseaux sont dépendants des services météorologiques nationaux, seules structures à disposer de moyens économiques et techniques adéquats. Or les principaux services météorologiques nationaux sont moins tournés vers l'urbain que vers l'aviation, l'agriculture, les prévisions météorologiques et la défense nationale. Pour beaucoup, les données météorologiques ont été historiquement collectées en dehors des zones urbanisées. Dans les zones urbaines, la complexité de l'atmosphère est telle que des observations spécifiques sur site et des réseaux de mesures à haute densité sont nécessaires ;

* l'essor de la modélisation numérique au cours des dernières décennies renforce le caractère centralisé de la production de connaissances atmosphériques par les services météorologiques nationaux et internationaux.

À tous ces obstacles à la circulation et à l'application de l'information, on peut ajouter la spécificité de résultats de recherche en climatologie urbaine, propres à chaque terrain d'étude, qui rend difficile la montée en généralité. Cette dernière se pose moins en termes d'actions, car celles-ci émergent de contextes très différents, des besoins du terrain et de l'identité des décideurs, qu'en termes de méthodes et d'outils.

La recherche s'efforce désormais de transcender les études de cas et de développer des méthodes de production normalisée de données atmosphériques ou urbaines, de représentation, d'analyse. Des efforts considérables ont été déployés sur les protocoles d'étude de l'impact des villes sur la thermodynamique et la composition atmosphérique (WMO 2017). Une riche littérature existe également autour des mesures atmosphériques dans les zones urbaines et de la modélisation à diverses échelles réalisées sur la base de modélisations numériques, expérimentales et théoriques (Dabberdt et al. 2004 ; Kanda 2006 ; Masson 2006 ; Barlow 2014).

L'intégration des connaissances climatiques et des connaissances en planification territoriale à des fins opérationnelles présente deux défis majeurs : comparer les études et les analyses climatiques produites et étendre à différents contextes les outils et méthodes développés jusque-là principalement au Nord. L'utilisation (et la mise à l'épreuve) des outils d'observation, de modélisation et de formalisation – souvent sous forme cartographique – est un défi de taille dans le cadre de la forte urbanisation de pays en voie de développement (Mhedbhi, 2021).

## 1.3 La mise en agenda du changement climatique, une fenêtre d'opportunité pour lever certains obstacles

La nature laborieuse et coûteuse des études climatiques à l'échelle locale est aujourd'hui réduit grâce au développement progressif de capteurs légers ou de bases de données urbaines ouvertes permettant une cartographie à haute résolution, et grâce aux plateformes SIG, qu'il est possible de relier à des modèles de simulation statistiques multiscalaires ou de modélisation physique. Les données collaboratives pénètrent également fortement la recherche sur le climat urbain, diminuant le manque de mesures atmosphériques évoquées précédemment (Chapman 2015).

Mais la prise en compte de la climatologie urbaine appliquée dans la conception et la planification urbaines doit surtout être reliée à la montée en puissance de la prise de conscience du changement climatique anthropique dans l'opinion publique et politique (Bulkeley et Betsill 2003), notamment au cours de la dernière décennie.

Les deux rapports « Cities and Climate Change » publiés en 2011 par les Nations Unies et le Urban Climate Change Research Network (UN 2011 ; UCCRN 2011) mettent en avant le rôle que les villes devraient jouer dans les années à venir pour atténuer le changement climatique et s'y adapter. Ces initiatives ont joué un rôle majeur en plaçant les questions climatiques urbaines dans l'agenda local, national et international. C'est le moment de l'émergence de réseaux de villes engagées dans la lutte contre le changement climatique, aux niveaux international et national. Le C40 fondé en 2010, qui comprends désormais une centaine de villes. L'ICLEI (Local Governements for Sustainability) et le Global Cool Cities Alliance ont aussi vu le jour.
L'évolution du climat à l'échelle planétaire devient ainsi une fenêtre d'opportunité pour transférer les connaissances climatiques à l'échelle locale, via une forte évolution du cadre réglementaire. Atténuation<fnref n="5" /> comme adaptation<fnref n="6" /> deviennent des objectifs explicites des plans locaux d'urbanisme dans bon nombre de pays occidentaux. En outre, se multiplient des outils dédiés, de type « Plan Climat », qui établissent un diagnostic et des actions au travers des volets atténuation et adaptation au changement climatique (Reckien et al. 2019 ; Grafakos et al. 2020). À ces outils spécifiques s'ajoute enfin une myriade de chartes et plans à caractère environnemental, qui servent de référence même s'ils ne sont qu'incitatifs (Lambert Habib et al. 2013).

## 2. Des outils pour faciliter la gestion et les applications

### 2.1 Les grandes lignes d'un horizon de recherche appliquée

Trois chantiers de recherche concentrent actuellement les efforts des climatologues urbains (Hidalgo et al. 2019) : la production de données urbaines, les méthodes d'analyse et les indicateurs d'impact, et les méthodes et outils pour faciliter l'articulation entre savoirs climatiques et urbanistiques.

Une description adéquate des villes est nécessaire à toutes les étapes du processus d'étude du climat urbain et d'évaluation des stratégies d'adaptation au changement climatique. Cette description de la surface urbaine tournée vers les études climatiques rencontre des problèmes liés à l'échelle spatiale et à la nature des données. L'émergence d'une classification typologique de la surface urbaine permet une certaine standardisation de cette description. Cette typologie définit des zones climatiques locales (Local Climate Zones en anglais) (Figure 2, Stewart et Oke 2012) en fonction notamment de l'occupation du sol, de la densité et de la hauteur du bâti ainsi que de leur fonction.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 2.** Types de zones climatiques locales définies par Stewart and Oke (2012)</figcaption></figure>

<footnote n="5">⁵ L'atténuation du changement climatique consiste à réduire, par des processus naturels ou des moyens technologiques, la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.</footnote>

<footnote n="6">⁶ L'adaptation concerne la réduction des risques et des impacts des effets néfastes du changement climatique (tempêtes, inondations, sécheresse,...).</footnote>
Une initiative internationale pilotée par l'IAUC, appelée WUDAPT (World Urban Database and Access Portal Tools)<fnref n="7" />, vise à produire des cartes de la plupart des grandes villes du monde selon cette norme. Cette approche conceptuelle, en plus de servir à l'analyse microclimatique et aux simulations numériques, s'est avérée efficace pour faire dialoguer climatologues et praticiens de la ville, l'approche typologique étant couramment utilisée dans les études d'urbanisme et d'architecture. Les méthodes d'analyse et de production d'indicateurs d'impact pour planifier et évaluer les stratégies d'adaptation comme d'atténuation manquent encore d'unicité. La difficulté provient de la nature complexe du fonctionnement urbain, et donc des différents aspects qui doivent être pris en compte simultanément, pour fournir des informations systémiques et pertinentes au domaine de l'urbanisme. Cela nécessite des analyses interdisciplinaires et transversales, qui butent toujours sur les spécificités microclimatiques, réglementaires et de gouvernance locale, complexifiant d'autant la construction de pratiques communes. Les chercheurs s'efforcent de définir des indicateurs multicritères (liés au climat urbain, à la consommation d'énergie, au bien-être de la population, aux ressources en eau) qui peuvent ensuite être évalués, par exemple à travers des observations et mesures, ou des modélisations qui permettent d'explorer le moment présent ou de faire de la prospective. Ces approches quantitatives manquent pour l'instant d'un certain recul critique sur leur capacité à fournir une vision systémique des enjeux. Par exemple comment prendre la mesure des aspects intangibles telles que les questions de confort et bien-être ; pour lesquelles les aspects climatiques sont une entrée parmi d'autres ?

Enfin, la base de données bibliographiques de l'IAUC montre que les travaux tournés vers l'articulation entre connaissances du climat local et opérations d'aménagement ou de développement urbain, bien qu'en vogue, restent encore marginaux dans cette communauté. Seule une soixantaine d'articles a été publiée dans des revues internationales entre 2015 et 2019 alors que la production scientifique générale en climatologie urbaine est d'environ 3 000 articles sur cette période.

## 2.2 Multiplication des efforts d'intégration entre savoirs climatiques et urbanistiques

D'un point de vue rétrospectif, les premiers efforts ont porté sur l'adaptation des méthodes couramment utilisées dans l'étude de la climatologie urbaine (autour des outils de modélisation ou de la cartographie) pour répondre aux besoins des utilisateurs finaux et faciliter la communication vers la prise de décision. Depuis, le panel des ressources mobilisées s'est élargi, en provenance notamment des sciences humaines et sociales, comme avec les enquêtes et les entretiens ou l'analyse de la littérature grise (rapports institutionnels, livres blancs, rapports publiés par des organisations non gouvernementales).

Les enquêtes sont par exemple mobilisées pour qualifier les vulnérabilités existantes et futures à Istanbul (Onur et Tezer 2015). Živojinović et Wolfslehner (2015) ont utilisé des entretiens pour mieux comprendre le rôle de la prise de décision pour le reboisement de Belgrade. Cet article évalue les perceptions que les acteurs de la gestion des forêts urbaines ont à l'égard de l'adaptation au changement climatique. Trois types ont alors émergé : les « sceptiques », qui estiment que les variations climatiques sont normales et qu'il n'y a pas suffisamment de preuves de l'existence du changement climatique ; les « gestionnaires », qui plaident pour plus d'initiatives ascendantes et l'amélioration d'un dialogue entre les parties prenantes ; enfin, les tenants d'une « sensibilisation générale » qui estiment que la question du changement climatique doit être régie par les organisations nationales. Mason et Fragkias (2018) ont utilisé les modèles mentaux sur les membres d'organisations (en anglais *organization members' mental models*) pour étudier le potentiel des membres des organisations de planification métropolitaine à peser sur l'action et les politiques publiques en matière de changement climatique. Les méthodes citées sont un bon exemple de la manière dont l'interdisciplinarité peut aider à comprendre le manque de coordination et de communication entre les parties prenantes, les besoins de données techniques et scientifiques à l'échelle locale, de règlementation et de moyens financiers spécifiques.

Les sciences humaines et sociales ont également contribué au débat sur les questions d'équité, de vulnérabilité sociale et d'influence des facteurs non climatiques sur la vulnérabilité (Archer et Dodman 2015 ; Ryan 2015 ; Alonso et

<footnote n="7">⁷ www.wudapt.org/ [Consulté le 15 juin 2020]</footnote>
Renard 2020). Des approches systémiques à partir de la gouvernance ont été explorées. Hatvani-Kovacs et al. (2018) recommandent des mesures politiques intégrées visant à accroitre la résilience au stress thermique des populations urbaines dans les villes australiennes.

Pour faciliter la transdisciplinarité<fnref n="8" />, et réduire les impacts négatifs des vagues de chaleur sur la santé publique, les infrastructures urbaines et les services, la modélisation des systèmes socio-environnementaux s'est dévéloppé. Kraucunas et al. (2015) proposent par exemple une plateforme pour la modélisation et l'analyse intégrées régionales (appelée PRIMA). Elle permet de simuler les interactions entre le climat régional, l'hydrologie, l'agriculture et l'usage du sol d'une part, et les systèmes humains, socio-économiques et énergétiques d'autre part, à des échelles pertinentes pour la décision. La plateforme peut être personnalisée en fonction de spécificités liées au contexte (politique, climatique, institutionnel).

En parallèle, on assiste au développement des services climatiques dans toutes leurs dimensions. L'Organisation mondiale de la météorologie a récemment publié les « Conseils pour des services hydrométéorologiques, environnementaux et climatiques urbains intégrés »<fnref n="9" /> (WMO 2019). Il s'agit des résultats préliminaires d'une action qui vise à développer des « Services climatiques » à l'échelle urbaine. Elle complète les quatre actions en cours (agriculture, santé, prévention des catastrophes et eau) du Cadre mondial pour les services climatiques (en anglais *Global Framework for Climate Services*, GFCS), dont l'objectif est de « renforcer la production, la disponibilité, la fourniture et l'application de prévisions et de services climatologiques fondés sur la science ». Le GFCS a été signé par 155 pays lors de la *Conférence mondiale sur le climat-III* en 2009.

Enfin, des outils cartographiques comme les « cartes climatiques pour la planification urbaine » sont utilisés, à la fois pour l'analyse du climat à l'échelle locale (Ng et Ren 2015) et comme objets intermédiaires (Hidalgo et al. 2019) qui facilitent la communication et la coproduction de connaissances climatiques et urbanistiques, depuis le diagnostic environnemental jusqu'au projet urbain.

## 2.3 Un point sur les outils cartographiques

Historiquement, la communauté de recherche germanophone est pionnière dans les études de climatologie urbaine appliquée, études systématisées depuis la première moitié du XXᵉ siècle. Leurs techniques de cartographie des distributions thermiques, de couloirs de ventilation et de concentration de pollution de l'air, combinant des informations météorologiques et climatiques avec des données d'occupation du sol et de topographie, ont l'avantage de répondre aux besoins des pratiques en urbanisme. La caractérisation et la représentation cartographique de l'environnement urbain constituent désormais une étape incontournable des exercices de planification et d'aménagement. Elle permet de mettre en valeur les aménités environnementales du territoire, ou d'identifier et localiser les nuisances et les risques environnementaux en lien avec des éléments aussi divers que l'eau, le bruit, la végétation, la biodiversité ou la qualité de l'air.

En Allemagne, la cartographie climatique à fine échelle commence dans les années 1970 avec le « Livret sur le climat pour les développements urbains » (1977) à Stuttgart. Elle se poursuit avec le « Klima Atlas » publié en 1992. La méthodologie du « Klima Atlas » de Stuttgart a fait l'objet d'une directive allemande, la norme VDI3787 intitulée « Cartes du climat et de la pollution atmosphérique pour les villes et les régions », publiée en 1993 et mise à jour en 2015. Cette directive a été publiée en allemand et en anglais, ce qui a facilité sa circulation en Europe, en Asie et en Amérique du Sud pour l'essentiel.

Ces dernières années, les cartes climatiques pour la planification urbaine sont devenues un outil de référence pour la traduction des connaissances microclimatiques dans les directives et recommandations de planification. Différents noms sont utilisés selon le pays et l'échelle d'action, mais dans la littérature anglophone, la dénomination

<footnote n="8">⁸ comprise ici comme la coopération entre communautés scientifiques et non scientifiques pour la production de connaissances nouvelles orientées vers l'action.</footnote>

<footnote n="9">⁹ https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=9903 [Consulté le 15 juin 2020].</footnote>
Urban Climatic Maps (UC-Map) domine. Les choix techniques pour la production des cartes dépendent des caractéristiques climatologiques locales, des données disponibles sur la morphologie urbaine et le climat, et du contexte scientifique et culturel des acteurs (chercheurs et parties prenantes) impliqués dans le projet. Les données climatiques peuvent être obtenues par des mesures physiques (réseau météorologique permanent, campagnes de terrain ou par télédétection) ou issues d'une modélisation statistique ou physique à l'aide d'un modèle atmosphérique. La gestion et représentation de ces données se font généralement à l'aide de systèmes d'information géographique (SIG).

Ce set de cartes représente à la fois un outil de diagnostic microclimatique du territoire urbain et un levier potentiel de traduction réglementaire ultérieure des enjeux identifiés. Cet outil présente deux niveaux d'information :

* le premier est celui du diagnostic microclimatique qui rassemble des informations sur la météorologie, l'occupation des sols, la topographie et la végétation. Les interrelations entre ces éléments et leurs effets sur les vents et le confort thermique sont analysés et évalués spatialement. Ce diagnostic est fondé sur un ensemble de cartes, appelées couramment « cartes d'analyse » (Figure 3), et croisé avec des éléments de planification (trame verte et bleue, zonage) ; les cartes d'analyse conduisent à identifier un certain nombre de zones à enjeux d'un point de vue :

* ✓ thermique (typologies des zones urbaines en fonction de leur densité ou structure urbaine, espaces thermorégulateurs comme les masses d'eau et de végétation, zones commerciales et/ou d'activités souvent très minéralisées et massivement climatisées) ;

* ✓ aéraulique (les couloirs de vent prédominants, les zones génératrices de brises de pente, les zones de production d'air frais – végétation, eau – ou chaud – très minéralisées ou fortement climatisées – et les zones qui font obstacle au vent) ;

* le deuxième niveau d'information est retranscrit via une « carte de recommandations ». Il permet une traduction des orientations stratégiques générales et pratiques en matière d'urbanisme pour améliorer l'environnement thermique et éolien. Il est issu des cartes d'analyse, mais aussi des contraintes urbanistiques et socioculturelles.
<figure><img src="image_9.png" /></figure>

Sources : BD-Mapuce (2015), données climatiques (CNRM, LISST, 2018), Toulouse Métropole (2018)

**Figure 3.** Exemple de carte d'analyse pour l'îlot de chaleur urbain à Toulouse (source : BD-Mapuce (2015), données climatiques (CNRM, LISST, 2018), Toulouse Métropole (2018), conception cartographique : N. Touati, J. Hidalgo, LISST (2020))

À l'échelle mondiale, comparé au nombre de villes, l'utilisation de ces cartographies reste faible (Figure 4). On compte encore moins de cas pour lesquels la traduction des recommandations d'urbanisme dérivées du diagnostic climatique s'applique effectivement, au niveau opérationnel, dans le zonage des sols, les codes de conception ou la gestion des espaces verts et la gestion de l'eau.
## Menut TOME II - Volume de travaux inédits

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

**Figure 4.** Application de cartes climatiques dans la planification urbaine (d'après (Hidalgo et al. 2019)). Les couleurs indiquent le nombre de villes par pays qui ont mené des études en s'inspirant de cette lignée de travaux cartographiques. Le tableau correspond à la date de la première étude publiée pour chaque ville

### 3. Les difficultés de l'opérationnalisation du savoir autour du risque climatique urbain

Étant donné que la base scientifique et les outils techniques pour le diagnostic climatique local existent, pourquoi les informations climatiques sont-elles transférées avec succès vers l'action à certains lieux et pas à d'autres ?

#### 3.1 L'échelle d'intervention

À l'échelle urbaine, la gouvernance climatique est multi-niveau. Elle est organisée au travers d'institutions, qui établissent des cadres réglementaires aux échelles municipale, régionale et nationale, mais elle s'opère aussi à travers des interventions conçues et mises en œuvre par des acteurs non étatiques, comme les entreprises, les organisations non gouvernementales et la société civile.

Aylett (2015) a analysé les structures de gouvernance institutionnelle mises en place par les gouvernements locaux pour trois cent cinquante municipalités sur les cinq continents. Pour le volet adaptation, les résultats montrent une intégration plutôt transversale ou indirecte dans des plans de gestion territoriale de long terme et sectoriels car ce volet ne s'intègre pas parfaitement dans les silos institutionnels. De nombreux secteurs municipaux stratégiques (comme ceux responsables de l'eau, des eaux usées, de la santé et de la réglementation urbaine) restent alors en marge des efforts d'adaptation. Le niveau d'exhaustivité dans les politiques liées au climat est souvent corrélé aux liens qui
existent entre chercheurs, ONG (organisations non gouvernementales) et acteurs de la sphère opérationnelle (Lee et Painter 2015). En Australie, Graham et Mitchell (2016) analysent comment les partenariats entre urbanistes et organisations frontières influencent la planification de l'adaptation. La diffusion de connaissances et l'ouverture du débat à des acteurs et des organisations, qui agissent aux frontières des différents univers sociaux en présence (décideurs, techniciens, habitants), permettent d'étendre le champ d'application des politiques liées au climat.

Sans négliger la coordination avec d'autres échelles nationales ou régionales, la décentralisation peut renforcer les capacités d'adaptation des villes par la redistribution des compétences budgétaires, politiques et administratives des gouvernements centralisés vers les gouvernements locaux. C'est ce que pointent notamment Moloney et Fanfgeld (2015) et Rumbach (2016).

Enfin, l'agenda intitulé « Global Research and Action Agenda on Cities and Climate Change Science » proposé par la communauté académique à l'issue de la conférence IPCC *Cities and Climate Change* d'Edmonton (2018), met l'accent sur trois autres points clés qui illustrent parfaitement la complexité de la prise en compte des enjeux climatiques à l'échelle locale. Il s'agit de l'asymétrie entre la capacité de gouvernance des villes du Sud et celles du Nord, des temporalités différentes entre les actions envisageables et le contexte de leur évaluation, et de l'importance des interactions entre échelles spatiales et temporelles. L'effectivité des actions à l'échelle locale dépend de décisions prises à d'autres échelons territoriaux.

## 3.2 Le poids de la segmentation disciplinaire, entre recherche et action

La segmentation disciplinaire est une autre difficulté sur le chemin de l'opérationnalisation des recherches sur le climat urbain. Des études ont pu être commandées par des praticiens, notamment pour des raisons de santé en lien avec la qualité de l'air, mais pour l'essentiel les projets de climatologie urbaine sont promus et financés par les producteurs de connaissances et données climatiques, universitaires ou des services météorologiques nationaux.

Météo-France a par exemple été à l'origine du premier modèle de simulation atmosphérique avec une représentation physique des surfaces urbaines au début des années 2000 (Masson 2000), afin d'améliorer son système de prévision météorologique. Ce développement a permis ensuite d'initier la modélisation en climatologie urbaine. Au départ, la ville était pour les physiciens de l'atmosphère un milieu physique parmi d'autres (forêt, lac, océan). Les modèles de climat urbain ont été initialement conçus pour calculer l'impact de l'environnement bâti sur les variables météorologiques. Au fil du temps et de l'augmentation de la puissance de calcul, ils ont gagné en finesse de représentation, par exemple pour la végétation urbaine en interaction avec les éléments bâtis, pour les échanges d'eau entre l'atmosphère, la surface et le sol, ainsi que pour l'énergétique du bâtiment. Les tendances démographiques, l'expansion urbaine, ou encore l'évolution architecturale peuvent également être prises en compte dans les modélisations, sur la base de collaborations avec des économistes, des géographes, des architectes ou des urbanistes (Masson *et al.* 2014).

L'interdisciplinarité s'opère surtout par l'intégration des méthodes, des modèles et des données provenant de disciplines qui ont historiquement investi ce champ de recherche : les physiciens de l'atmosphère, les géographes spécialistes du climat et les architectes. À la marge, on trouve l'investissement plus récent de chercheurs en géographie sociale et en aménagement, ou en épidémiologie. La pratique de la transdisciplinarité reste très récente du fait du très fort poids de la recherche dans la proposition des projets. Elle apparaît néanmoins comme une tendance claire des dernières années (Figure 5).
## Menut TOME II - Volume de travaux inédits

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 5.** Illustration de l'évolution disciplinaire de l'objet d'étude climat urbain avec une référence non exhaustive aux disciplinées impliquées.</figcaption></figure>

Quelques études ont récemment abordé les questions d'interdisciplinarité et transdisciplinarité. Groot *et al.* (2015) soulignent à travers le cas de Rotterdam les défis que la relative nouveauté de l'adaptation urbaine au changement climatique pose pour les scientifiques et les parties prenantes impliquées. Sarzynski (2015) et Fagan-Watson et Burchell (2016) révèlent que le rôle de la participation publique dans de tels efforts d'intégration transdisciplinaire reste mal théorisé et sous-étudié. Dans la première étude, six formes de participation à l'adaptation urbaine sont identifiées à partir de la littérature et les caractéristiques et l'utilisation de chaque type sont examinées. Dans la seconde étude, les auteurs soulignent que les documents de politique régionale et nationale qui prévoient les actions face aux vagues de chaleur au Royaume-Uni ont tendance à se concentrer sur les réponses institutionnelles d'urgence et le développement des infrastructures. Dans ces documents, bien que les communautés soient mentionnées, elles apparaissent comme les bénéficiaires passifs d'une résilience produite dans une démarche *top-down* par les institutions.

### 3.3 Les vertus des processus ascendants : montée en compétences et diffusion interservices

Les injonctions législatives et réglementaires que subissent les services en charge de la planification territoriale peuvent s'avérer fastidieuses en s'ajoutant aux divers thèmes environnementaux déjà traités (biodiversité, qualité de l'air, bruit). On observe néanmoins que les expériences réussies de gestion du climat urbain comportent deux ingrédients clés (Lopez *et al.* 2015 ; Webb 2017) : une équipe de recherche locale, poussée à l'extrême à Stuttgart avec la présence de climatologues urbains en interne, et un long processus de collaboration et d'acculturation entre chercheurs et praticiens. Les progrès de la recherche en climatologie urbaine semblent effectivement stimulés par les collaborations et les réseaux internationaux ainsi que par la réglementation nationale. Mais la transmission d'informations et la mise en œuvre efficaces se font plutôt de bas en haut. Cela ne signifie pas que les objectifs fixés par le gouvernement national ne sont pas un moyen efficace pour stimuler le développement de codes environnementaux et climatiques au niveau local (Heidrich *et al.* 2013 ; Olazabal *et al.* 2014 ; Reckien *et al.* 2014). Mais on constate plutôt le succès d'un processus ascendant et conjoint (entre chercheurs et praticiens) pour l'application de politiques spécifiques au site (parfois au-delà des seules obligations réglementaires nationales ou régionales), pour leur stabilisation et finalement leur institutionnalisation à terme. Ce fait doit être pris en compte par les services météorologiques nationaux et internationaux qui conçoivent actuellement les futurs services climatologiques à l'échelle urbaine.

En plus d'un partage efficace d'information, d'outils et de méthodes, l'internalisation des compétences et la diffusion interservices à l'échelle des villes sont nécessaires pour garantir leur autonomie dans le domaine et favoriser l'application de politiques et de réglementations spécifiques au site. Des collaborations durables entre chercheurs et praticiens permettent de passer du stade de l'étude (au travers de campagnes de mesures ou de modélisations afin d'établir des diagnostics) à celui de la mise en œuvre en passant par des étapes nécessaires d'expérimentation et formalisation (via les sites et opérations témoins, la mise en place d'une réglementation spécifique et/ou d'orientations).
L'expérimentation sert souvent à tester des recommandations ainsi qu'à améliorer et adapter les dispositifs d'accompagnement de la décision. Elle permet aussi la sensibilisation et l'information des services autres que celui en charge de la mise en œuvre des Plans Climat autour de notions en lien avec l'adaptation climatique. L'intelligibilité des informations et des messages qui circulent semble essentielle, tout comme la présence de personnes relais qui articulent différentes compétences et services avec finalement une certaine hybridation des profils : recherche/opérationnel, urbanisme/climatologie (Lopez et al. 2015 ; Hidalgo et al. 2018a).

## 4. Discussion : Rétroaction des savoirs du local vers le global

Certes, la mise en agenda du changement climatique constitue une « fenêtre d'opportunité » pour inscrire les questions de climatologie urbaine à l'agenda local. Mais les progrès techniques (évolution des outils de modélisation, de production de bases de données et de puissance de calcul) ainsi que les expériences de coconstruction des savoirs à l'échelle locale ont aussi permis à la communauté de recherche en climatologie urbaine de contribuer à la réflexion et à la production des savoirs climatiques à l'échelle planétaire.

Au titre des nouveaux développements, on peut revenir sur la base de données urbaines WUDAPT qui procure, pour un grand nombre de villes, les données urbaines nécessaires à la modélisation climatique. La modélisation du climat urbain à long terme n'a pas été prise en compte dans les exercices précédents du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) car pratiquement aucun modèle climatique régional n'a de représentation physique de la surface urbaine. Or la nouvelle génération de modèles climatiques régionaux à très haute résolution (kilométrique) couplée à des modèles urbains permettra de relier les communautés de recherche en météorologie urbaine et modélisation du changement climatique.

Il existe néanmoins des études pionnières. Daniel et al. (2019) utilisent un modèle régional « urbanisé » et quantifient sur 30 ans le climat urbain en France. En se centrant sur 8 grandes villes, ils montrent qu'elles induisent un réchauffement régional bien au-delà des limites des zones urbaines. Garuma et al. (2018) ont recours à des simulations similaires sur l'est du continent nord-américain. Ils constatent que dans les scénarios pessimistes (RCP 8.5), l'intensité de l'ilot de chaleur urbain augmente de 0,5 °C en moyenne. Mais ces simulations climatiques restent trop grossières (25 km de résolution horizontale) pour pouvoir résoudre correctement le phénomène d'ilot de chaleur urbain. D'autres méthodes existent néanmoins qui utilisent des modèles de simulation à haute résolution en lien avec des traitements statistiques, rendant les traitements plus légers d'un point de vue informatique (Kusaka et al. 2012 ; Hamdi et al. 2014 ; Hamdi et al. 2016).

Le GIEC a reconnu le rôle prépondérant des villes dans la réponse au changement climatique et a proposé que le septième cycle d'évaluation comprenne un « Rapport spécial sur le changement climatique et les villes ». Pour stimuler la production et l'échange de connaissances sur ce sujet, le GIEC a organisé à Edmonton en mars 2018 une conférence intitulée *Cities and Climate Change Science Conference - CitiesIPCC*, soutenue par divers réseaux et associations internationales (C40, Cities Alliance, ICLEI-Local Governments for Sustainability, Future Earth, SDSN-Sustainable Development Solutions Network, CGLU-United Cities and Local Governments, ONU-Habitat, ONU-Environnement et le WCRP-World Climate Research Programme). L'évènement a réuni des représentants du monde universitaire, des institutions scientifiques, des experts du GIEC, des représentants des gouvernements nationaux, régionaux et locaux ainsi que des praticiens.

La synthèse des contributions a permis la rédaction d'un « Global Research and Action Agenda on Cities and Climate Change Science »<fnref n="10" />. Ce document vise à orienter la recherche à venir afin de la rendre utile à « l'élaboration de politiques efficaces pour l'action climatique dans les villes ».

<footnote n="10">¹⁰ www.wcrp-climate.org/WCRP-publications/2019/GRAA-Cities-and-Climate-Change-Science-Full.pdf [Consulté le 15 juin 2020].</footnote>
Seules quelques sessions ont été organisées à Edmonton par des membres de l'IAUC, et très peu d'études de climatologie urbaine sont citées dans le chapitre qui concerne les zones urbaines au sein du rapport du GIEC à 1,5 °C. La recherche d'une certaine uniformité des méthodes d'analyse explique pour beaucoup une telle parcimonie. Mais cette uniformité va à l'encontre de la richesse des descriptions spatiale et temporelle nécessaires aux études de climatologie urbaine.

Se dessine alors un défi scientifique majeur dans l'avenir proche : faire progresser la production de connaissances à grande échelle qui alimentent les agendas globaux, sans renoncer à la haute résolution spatiale ni aux spécificités qui caractérisent les enjeux climatiques locaux.
<figure><img src="image_12.png" /></figure>
# Synthèse de la PARTIE I

## L'intention de la partie I

Cette première partie avait pour objectif de présenter la mise en agenda politique et surtout scientifique des recherches en climatologie urbaine appliquée à l'urbanisme opérationnel. Ici l'échelle d'analyse était l'échelle internationale et ce texte (légèrement remanié) correspond à la version française d'un chapitre de livre en cours de publication coordonné par Julien Rebotier pour l'éditorial ISTE Sciences intitulé *Les risques et l'anthropocène. Regards alternatifs sur l'urgence environnementale*.

## Les moyens mis en ouvre

Ce travail a nécessité une vision large de l'état de l'art des recherches internationales dans ma discipline d'origine et de ses évolutions historiques. Pour cela j'ai d'abord écrit deux articles généralistes (Masson et al. 2020 et Hidalgo et al., 2019) qui font état des recherches en climatologie urbaine actuelles.

Les ressources liées à mon travail pour cette Partie I sont les suivantes :

* ✓ **2022 Hidalgo J.** Urban climate: agenda and perspectives of a climate risk. Chap.3 Risks and the Anthropocene. *Alternative Views on the Environmental Emergency*. J. Rebotier coord. ISTE Sciences

* ✓ **2020** Masson M., Lemonsu A., **Hidalgo J.**, Voogt J.. Urban Climates and Climate Change. Annual Review of Environment and Resources<fnref n="11" />, Annual Reviews, 2020, 45 (1), pp.411-444. (10.1146/annurev-environ-012320-083623). (hal-03035343)

* ✓ **2019 Hidalgo J.**, A. Lemonsu and V. Masson: 'Between progress and obstacles in urban climate interdisciplinary studies and knowledge transfer to society', Annals of the New York Academy of Science<fnref n="12" />, 1436, 5-18, doi: 10.1111/nyas.13986

https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nyas.13986

<footnote n="11">¹¹ The *Annual Review of Environment and Resources* is a peer-reviewed academic journal that publishes review articles about environmental science and environmental engineering. It was first published in 1976 under the name the *Annual Review of Energy*. In 2020, it was published open access for the first time. According to the Journal Citation Reports, the journal has a 2020 impact factor of 11.108</footnote>

<footnote n="12">¹² The *Annals of the New York Academy of Sciences* is an academic journal published by Wiley-Blackwell on behalf of the New York Academy of Sciences. It is one of the oldest science journals still being published, having been founded in 1823. Each issue is of substantial length and explores a single topic with a multidisciplinary approach. According to the Journal Citation Reports, the journal has a 2019 impact factor of 4.728</footnote>
## Les messages clés

* Le climat urbain est un objet d'étude qui regroupe une communauté de recherche interdisciplinaire et bien organisée à l'échelle internationale depuis les années 1970.

* L'articulation entre la production de savoirs climatiques et besoins opérationnels en urbanisme n'est pas un sujet de recherche nouveau mais reste à ce jour un défi important pour les chercheurs et les acteurs opérationnels de toutes les villes.

* Les obstacles à cette articulation sont nombreux, il est possible de citer au moins trois catégories : les tendances dans les pratiques d'urbanisme, les techniques et modes de production des connaissances atmosphérique et la spécificité de résultats de recherche en climatologie urbaine, propres à chaque terrain d'étude, qui rend difficile la montée en généralité.

* Ces dernières années, les cartes climatiques pour la planification urbaine sont devenues l'outil de référence pour la traduction des connaissances microclimatiques dans les directives et recommandations de planification.

* La mise en agenda du changement climatique a été une fenêtre d'opportunité pour lever certains des obstacles mentionnés. A son tour, les progrès techniques dans les outils de mesure et de modélisation ainsi que les expériences de co-construction des savoirs à l'échelle locale permettent également aujourd'hui à la communauté de recherche en climatologie urbaine de contribuer à la réflexion et à la production des savoirs climatiques à l'échelle planétaire.

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

## Du contexte international... à la Réglementation & Recherches nationales

Nous allons voir dans la partie suivante - Partie II - quel est le contexte réglementaire et de recherche à l'échelle de la France, car c'est ce contexte *in fine*, qui va déterminer la capacité des collectivités à agir et à accéder à des diagnostics microclimatiques adaptés à une mise en place de plans d'adaptation à l'échelle locale.
# Partie II - Nouvelles injonctions réglementaires et recherche en climatologie urbaine en France

## Chapitre Premier : panorama du cadre réglementaire sous l'angle de l'adaptation à la hausse des températures

En France, la mission d'anticipation des effets du changement climatique repose sur l'ensemble des autorités publiques chargées de l'administration du territoire. L'État est responsable devant les instances internationales des mesures à prendre en matière d'atténuation et d'adaptation et a ainsi pour fonction d'établir au niveau national les objectifs qui guideront les politiques publiques ; au niveau infra-national, les Régions sont « chefs de file » de la transition, et chacune des collectivités (Région, EPCI), est en charge d'élaborer des stratégies et des documents de planification opérationnelle à son échelle.

Le droit de l'urbanisme est de plus en plus irrigué par le droit de l'environnement. Il est intéressant de voir comment ce cadre réglementaire et la recherche en climatologie urbaine ont évolué ces dernières années afin de produire, d'une part un contexte de plus en plus favorable à la prise en compte de l'adaptation à la hausse de températures par le biais des compétences en urbanisme et aménagement, et d'autre part, des connaissances utiles à cette intégration.

Les collectivités ont les compétences, c'est-à-dire la responsabilité, de la **planification** et de l'**animation** sur leur territoire de la lutte contre le changement climatique, de la maîtrise des consommations d'énergie, la promotion des énergies renouvelables et l'amélioration de la qualité de l'air. Mes travaux de recherche ont eu pour vocation d'apporter des données, des méthodes, des outils, dans le champ de la planification et l'aménagement urbains. Ce panorama se circonscrit donc aux outils d'urbanisme et l'information est ici raisonnée car l'objectif de ce premier chapitre est de poser un cadre pertinent pour pouvoir situer les recherches en climatologie urbaine en général (Chapitre 2) et mes recherches sur les outils cartographiques en particulier (Partie III).

En France, l'urbanisme réglementaire s'est progressivement enrichi de documents ou de plans spécifiques ou intégrant les problématiques environnementales. Certains de ces outils sont des réglementations contraignantes qui ont évolué au cours du temps, d'autres ne sont qu'incitatifs et ils invitent les collectivités locales à se saisir de la question du climat urbain et, plus généralement, à prendre en compte les impacts territoriaux et l'adaptation au changement climatique qui lui s'opère à des échelles spatiales plus larges.

### 1. La planification spatiale réglementaire

Les règles d'urbanisme traditionnelles se déclinent classiquement à l'échelle intercommunale par le Schéma de cohérence territoriale (ScoT) et le Plan local d'urbanisme intercommunal (PLUi), ce dernier remplaçant progressivement le Plan local d'urbanisme communal (PLU). Ces documents ont une visée réglementaire, ce qui veut dire qu'ils créent des obligations ou des interdictions pour les comportements visés.

**Le Schéma de Cohérence Territoriale (SCoT)** s'appuie sur une structure regroupant plusieurs villes ou villages. Il s'agit d'un document stratégique, mis en place en 2000 par la loi SRU (solidarité et renouvellement urbain). Il permet aux communes du territoire de réfléchir aux enjeux importants d'urbanisme, d'habitat et de développement durable du territoire intercommunal.

La planification plus précise des choix d'aménagement urbains a été mise en place d'abord en 1967, avec la loi d'Orientation Foncière qui créait le plan d'occupation des sols (POS), remplacé en 2000 par la loi SRU par le **Plan**
Local d'Urbanisme (PLU), progressivement élargi à l'échelle intercommunale (PLUi). Le PLU(i) est mis en oeuvre par les services de la ville ou de l'EPCI, avec l'aide de l'Agence locale d'urbanisme si elle existe sur ce territoire. L'échelle d'action est la commune ou l'intercommunalité (notamment dans le cas par exemple des métropoles).

Les échelles spatiales et la portée de ces deux documents sont donc différents (Table 2).

<table><caption>**Table 2.** Synthèse des objectifs du Schéma de cohérence territoriale (SCOT) et du Plan local d'urbanisme intercommunal (PLU(i))</caption><thead><tr><td>SCOT</td><td>PLU(i)</td></tr></thead><tbody><tr><td><ul><li>Définit les orientations générales d'organisation de l'espace et détermine les grands équilibres entre espaces urbanisés, naturels et agricoles.</li><li>Crée une cohérence entre l'ensemble des politiques sectorielles (urbanisme, habitat, environnement, économie, déplacements, équipements commerciaux...).</li><li>Définit une vision partagée du territoire à 15-20 ans à l'échelle du bassin de vie<sup>13</sup>.</li></ul></td><td><ul><li>Exprime les objectifs politiques de la collectivité locale en matière de développement économique, social, d'environnement et d'urbanisme à l'horizon de 10 ans.</li><li>Fixe les règles générales et les servitudes d'utilisation du sol (zones constructibles ou pas ; règles d'implantation des constructions en fonction de la voirie et des maisons voisines...).</li></ul></td></tr></tbody></table>

Bien que le contenu soit très différent, les documents SCOT et PLU(i), ont une structure similaire. Ils étaient historiquement composés d'un rapport de présentation, d'un projet d'aménagement du territoire et de développement durable (PADD), et un document d'orientation et d'objectifs (DOO). Le PLU(i) contient en plus un plan de zonage, des OAP et un règlement associé (Figure 6). Une ordonnance récente, du 17 juin 2020, relative à la modernisation du ScoT à fixé que le SCOT se composera désormais dès avril 2021 de deux documents au lieu de trois : le projet d'aménagement stratégique et le document d'orientation et d'objectifs accompagnées d'annexes comprenant les documents graphiques<fnref n="14" />.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**Figure 6.** Composition générique d'un Plan Local d'Urbanisme (Source : Luc Moreau, DDT49)</figcaption></figure>

<footnote n="13">¹³ Le découpage de la France « en bassins de vie » a été réalisé pour faciliter la compréhension de la structuration du territoire en France métropolitaine. Le bassin de vie est le plus petit territoire sur lequel les habitants ont accès aux équipements et services les plus courants. Les services et équipements de la vie courante servant à définir les bassins de vie sont classés en 6 grands domaines: services aux particuliers, commerce, enseignement, santé, sports, loisirs et culture, transports.</footnote>

<footnote n="14">¹⁴ https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000042007729/</footnote>
A l'échelle urbaine le PLU(i) est donc le document central en matière d'urbanisme puisque ses dispositions sont juridiquement contraignantes et guident toutes les demandes concernant l'occupation du sol (permis de construire, permis d'aménagement, etc.). C'est pour cette raison qu'une partie importante de mes recherches ont eu pour objectif l'étude du contexte juridique et technique de ce document.

Je me suis ainsi intéressée :

* en collaboration avec des juristes, au cadre réglementaire.

* en collaboration avec des urbanistes, au cadre d'élaboration opérationnel (acteurs, gouvernance territoriale, élaboration technique) et au lien avec les autres documents d'urbanisme.

* en collaboration avec des climatologues et géographes, à la production de données urbaines et micro-climatiques.

* en collaboration avec des cartographes et géomaticiens, à la mise en forme des données utiles à un diagnostic microclimatique territorialisé.

## 2. La planification énergétique et climatique :

En France, les programmes de politiques publiques de planification énergétique et climatique ont été mis en place dans la période 2000-2010. Partant d'objectifs globaux, des actions se sont implantées à des échelles de plus en plus locales et ont eu de fortes implications pour le développement régional et l'urbanisme. La Mission interministérielle de l'effet de serre<fnref n="15" /> avait élaboré en 2000 un Programme national de lutte contre le changement climatique (PNLCC), suivi en 2004 d'un Plan National Climat. La structuration des politiques énergétiques et climatiques à l'échelle locale est donc un registre émergeant que le droit de l'urbanisme a progressivement reconnu et intégré sous l'influence de plusieurs lois récentes (loi POPE en 2005 qui a fixé l'objectif d'une réduction d'un « facteur 4 » des émissions de gaz à effet de serre à l'horizon 2050, les lois « Grenelle » en 2010 qui mettaient l'accent également sur la réduction de GES<fnref n="16" />, la loi de Transition énergétique pour la croissance verte, TECV, en 2015 qui a étendu la portée des Plans Climats à toutes les activités, publiques et privées, la Loi Énergie Climat, LEC de 2019 qui a introduit l'objectif de neutralité carbone et du Facteur 6 pour 2050, et enfin la récente loi Climat et Résilience du 22 août 2021 qui a repris quelques-unes des propositions de la Convention Citoyenne sur le Climat. Plusieurs documents ont ainsi vu le jour en fonction de l'échelle spatiale d'application :

* à l'échelle régionale, les SRADDET (Schémas Régionaux d'Aménagement, de Développement Durable et d'Égalité des Territoires) mis en place par la loi NOTRe en 2015, ont intégré dans leur sein les anciens SRCAE (Schémas Régionaux Climat Air Énergie) qui avaient été créés en 2010.

<footnote n="15">15 La Mission interministérielle de l'effet de serre (MIES) est un organisme interministériel français créé en 1992 pour coordonner les politiques nationales de lutte contre l'effet de serre et la position française dans les négociations internationales, notamment au sein de la convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques. Elle a été absorbée en 2008 par la direction générale de l'Énergie et du Climat et la direction des affaires européennes et internationales, alors nouvellement créées au sein du MEEDDAT (Bardou et al. 2009)</footnote>

<footnote n="16">16 Qui a prévu six grand chantiers autour des bâtiments et l'urbanisme (diviser par cinq la consommation d'énergie dans les constructions neuves en 2012 et modifier le code de l'urbanisme afin de favoriser les énergies renouvelables) ; les transports (des mesures en faveur du développement des transports collectifs urbains ou favorisant le développement des modes alternatifs à la route pour le transport de marchandises) ; l'énergie et le climat (réduction de 20% des émissions de gaz à effet de serre en 2020) ; préservation de la biodiversité (dispositions relatives à l'agriculture, à la protection des espèces et des habitats ainsi qu'à l'assainissement et aux réserves en eau) ; la protection sanitaire et gestion des déchets (nuisances sonores ou lumineuses et des mesures visant à davantage responsabiliser les producteurs de déchets) ; la définition d'une "nouvelle gouvernance écologique" (permettant d'engager la concertation en amont des projets grâce, notamment à la rénovation des enquêtes publiques et à l'intégration d'associations d'éducation à l'environnement dans les instances de consultation). (Source : https://www.vie-publique.fr/eclairage/268502-environnement-lessentiel-de-la-loi-grenelle-2)</footnote>
* **à l'échelle des départements et des intercommunalités**, les PCAET (Plan Climat Air Énergie Territorial, Table 3) qui ont été mis en place par la loi TECV en 2015 suite à plusieurs évolutions réglementaires précédentes (Plans Climat Énergie Territorial, loi Grenelle 2 de 2010 et Plans climat territoriaux mis en place via le plan climat national de 2004). Un PCAET est un outil réglementaire permettant à la collectivité de définir les objectifs stratégiques et opérationnels afin d'atténuer le changement climatique, le combatte efficacement et s'y adapter, de développer les énergies renouvelables et de maîtriser la consommation d'énergie, en cohérence avec les engagements internationaux de la France et d'intégrer les enjeux de qualité de l'air. C'est une démarche de développement durable territoriale centrée sur la transition énergétique, obligatoire pour les EPCI de plus de 20 000 habitants<fnref n="17" />. Comme les SRCAE ont été intégrés dans les SRADDET, les PCAET seront, à l'avenir, intégrés progressivement dans les SCOT<fnref n="18" />.

Le PCAET comprend un diagnostic, une stratégie territoriale, un plan d'actions et un dispositif de suivi et d'évaluation :

**Le diagnostic** doit être réalisé sur le territoire. Il porte sur :

* les émissions territoriales de gaz à effet de serre et les émissions de polluants de l'air ;

* les consommations énergétiques du territoire ;

* les réseaux de distribution d'énergie ;

* les énergies renouvelables sur le territoire ;

* la vulnérabilité du territoire aux effets du changement climatique.

**La stratégie** identifie les priorités que retient la collectivité et les objectifs qu'elle se donne.

**Le plan d'actions** porte sur l'ensemble des secteurs d'activité et constitue l'outil opérationnel de coordination de la transition énergétique sur le territoire.

**Le dispositif de suivi et d'évaluation** porte sur la réalisation d'actions, la gouvernance et le pilotage adopté. Il décrit les indicateurs à suivre au regard des objectifs fixés.

Les objectifs et priorités doivent s'articuler avec le SRADDET ou avec la stratégie nationale bas carbone, et le cas échéant avec le plan de protection de l'atmosphère.

Le PCAET est révisé tous les 6 ans.

<caption>**Table 3.** Contenu réglementaire d'un PCAET (Source : http://www.occitanie.developpement-durable.gouv.fr/quel-est-son-contenu-r8335.html)</caption>

* **à l'échelle infra-communale**, divers outils d'animation et labels incitatifs existent pour les collectivités locales qui souhaitent développer des politiques environnementales sur leur territoire : les Agenda 21, les Chartes de l'environnement et les labels notamment. Ces outils ne sont généralement pas contraignants mais peuvent être incitatifs et fournir une base de réflexion. *Les Chartes de l'environnement*, élaborées depuis 1992 (circulaire ministérielle du 11 mai 1994), permettent de prendre des engagements entre les élus, les techniciens, mais aussi les acteurs économiques locaux et la population, sous forme de recommandations fondées sur une étude environnementale du territoire et la mise en place, le suivi et l'évaluation de projets de développement.

<footnote n="17">¹⁷ http://www.occitanie.developpement-durable.gouv.fr/qu-est-ce-qu-un-plan-climat-air-energie-r5876.html</footnote>

<footnote n="18">¹⁸ Ordonnance n° 2020-744 du 17 juin 2020 relative à la modernisation des schémas de cohérence territoriale</footnote>
Ils peuvent également servir d'études préparatoires à l'élaboration des documents d'urbanisme, fournissant des
objectifs et des recommandations à intégrer dans le document final. Pour aller plus loin, il est possible de les
rendre contraignants en les faisant figurer dans les documents contractuels concernant les opérations de
développement. Bien que ces engagements restent souvent assez généraux, certaines chartes traitent de sujets
plus précis, comme les « chartes de gestion écologiquement adaptées » ou les « chartes de l'arbre ». Ils
peuvent être accompagnés de plans dits « plan vert » ou « plan de végétation », qui servent de documents de
référence pour les services administratifs responsables du territoire, même s'ils n'ont pas de statut
réglementaire. Comme mentionné, divers *labels* existent, ceux-ci pouvant s'appliquer à l'échelle d'un quartier
ou d'un programme de construction. Chouillou (2018) analyse trois démarches nationales d'éco-conception qui
se veulent complémentaires. La démarche AEU2 (Approche Environnementale de l'Urbanisme) de l'ADEME
pour la définition des objectifs environnementaux et la conception ; la démarche HQE aménagement (de
l'association Haute Qualité Environnementale) pour le système de management de projets immobiliers, et le
label Eco Quartier du Ministère du développement durable pour la reconnaissance et distinction de la qualité
des espaces publics et bâtiments du quartier.

Dans le SRADDET et le PCAET, les questions d'énergie sont principalement traitées sous les angles du développement des énergies renouvelables et surtout de l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments. Pour le changement climatique, atténuation comme adaptation doivent pris en compte dans l'action des collectivités publiques en matière d'urbanisme. Il s'observe néanmoins, un décalage de cadrage notamment entre l'objectif d'atténuation, où des méthodes d'évaluation des émissions de GES sont aujourd'hui éprouvées, et l'objectif d'adaptation (Lambert-Habib et al., 2013, Richard et al. 2018). Ce dernier, même si des efforts ont été fait sur quelques grandes villes (Lopez et al. 2015) reste encore émergent et, pour l'aléa température, il est exprimé notamment via la notion de confort estival et la lutte contre l'îlot de chaleur urbain (Richard et al. 2018). Dans les labels étudiés par Delphine Chouillou en 2018, le climat urbain et ses enjeux son effectivement évoqués (Figure 7).

« Elle est explicitement citée dans les 3 démarches dans les rubriques telles que « énergie et climat », « préservation des ressources et adaptation au changement climatique », ou encore « urbanisme adapté au changement climatique ». D'autres rubriques, bien que ne mentionnant pas explicitement le climat urbain dans leur libellé, participent dans leur contenu au climat urbain. Le schéma suivant recense en rouge les rubriques relatives au climat urbain. La rubrique « biodiversité » est ainsi indiquée en rouge car elle suppose de développer les espaces de nature qui participent à la limitation de l'îlot de chaleur urbain. De même, la rubrique « mobilités et accessibilité » participe à la diminution des gaz à effet de serre et contribue à l'enjeu d'atténuation du changement climatique. » Chouillou (2018, p242)
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>**Figure 7.** Les rubriques relatives au climat urbain dans les démarches labellisées d'éco-conception (Source : Delphine Chouillou, 2018)</figcaption></figure>

## 3. Les documents méthodologiques d'aide à l'intégration des enjeux climat-énergie dans les documents d'urbanisme

Les chercheurs et les opérateurs publics qui ont un rôle d'expertise en matière d'environnement et ou d'urbanisme (ADEME, CEREMA, ARPE, DREAL et agences d'urbanisme notamment) s'attachent à développer d'une part, des guides qui fournissent des exemples concrets des formes et contenus possibles pour intégrer les enjeux énergétiques et climatiques dans le PLU(i) et le SCOT et d'autre part, des outils techniques aidant l'action locale en matière d'environnement, d'énergie ou de limitation des émissions de gaz à effet de serre<fnref n="19" />. Richard et al. (2018) analyse le contenu d'une dizaine d'entre eux et classifie leur apport sous différents fronts :

* ceux qui apportent des recommandations ou pistes d'actions : ces recommandations peuvent être en fonction du guide, de nature différente, très techniques<fnref n="20" /> ou plus générales<fnref n="21" />, coercitives<fnref n="22" /> ou incitatives<fnref n="23" />.

* ceux basés sur du benchmarking qui apportent des retours d'expériences et exemples de rédaction pour la prise en compte des enjeux énergétiques et climatiques pour les différentes pièces de PLU ou de SCOT. D'un point de vue de l'adaptation, plusieurs exemples de rédaction pour la gestion de l'imperméabilisation ou la végétalisation dans les articles du PLU sont par exemple référencés dans Richard et al. (2018).

* des guides méthodologiques présentant des outils pour consolider le diagnostic ou faciliter la mise en œuvre des mesures. Ces guides présentent des outils méthodologiques (ex : bilan carbone), de production de données (thermographie aérienne, modélisation,...) et techniques (schéma de gestion des eaux pluviales, coefficient de biotope par surface).

<footnote n="19">¹⁹ bilan carbone®, Analyse de Cycle de Vie (ACV), démarche AEU, référentiel d'aménagement, démarche Cit'ergie</footnote>

<footnote n="20">²⁰ « travailler sur les distances séparatives et la desserte du fond de parcelle », « autoriser les isolations par l'extérieur » (Richard et al. (2018), pg 10)</footnote>

<footnote n="21">²¹ « prévoir des règles », « prendre en compte le coût des énergies fossiles », « optimiser l'utilisation de réseaux existants » (Richard et al. (2018), pg 10)</footnote>

<footnote n="22">²² « fixer un pourcentage de la surface du terrain à maintenir ou aménager en espaces verts de pleine terre », « imposer dans des secteurs délimités une densité minimale de constructions » (Richard et al. (2018), pg 10)</footnote>

<footnote n="23">²³ « autoriser un dépassement des règles relatives au gabarit dans la limite de 30 % pour les constructions faisant preuve d'exemplarité énergétique ou environnementale ou qui sont à énergie positive », « favoriser l'usage du bois parmi les matériaux de construction » (Richard et al. (2018), pg 10)</footnote>
Dans la même étude quelques caractéristiques communes des guides disponibles sont mises en avant (Richard et al. (2018), p. 11) :

* l'objectif général de ces guides est l'inclusion des enjeux énergie-climat dans les documents de planification à travers l'identification des leviers d'actions favorisant l'intégration de ces enjeux « sans attribuer une dimension juridique spécifique aux éléments à faire apparaître dans les documents d'urbanisme. Ce registre volontaire et majoritairement non-réglementaire constitue une caractéristique majeure du champ de l'intégration ».

* aucun guide ne précise le périmètre thématique des enjeux abordés au delà de vocable générique (« énergie climat », « énergie », « changement climatique »...).

* plusieurs guides recommandent de dépasser la phase d'élaboration des documents d'urbanisme et adressent des préconisations pour la prise en compte des enjeux énergie-climat jusque dans la conduite des opérations d'aménagement et d'instruction des permis de construire.

La période d'étude de Richard et al. (2018) était 2016-2017, période à laquelle les productions du projet MApUCE venait tout juste d'être disponibles. Ces dernières, Table 4, viennent ainsi compléter cette batterie de documents d'aide à l'intégration des enjeux climat-énergie dans les documents d'urbanisme avec une focale adaptation et prise en compte des enjeux microclimatiques locaux, thématiques qui ont été faiblement traitées auparavant.

✓ **2020** Touchard O., Sinda Haouès-Jouve, Julia Hidalgo et Bretagne G. et Kit des données clés de l'adaptation. Diagnostiquer l'adaptation au changement climatique dans les documents d'urbanisme. ADEME. https://www.ademe.fr/kit-donnees-cles-ladaptation

✓ **2020** Debrye L., Dumas G., Edouart V., Haouès-Jouve S., Hidalgo J., Touati N, Salvi I, Roques G. Prise en compte du climat dans la construction de la Métropole de demain. Guide de Recommandations. Toulouse Métropole-LISST.

✓ **2019** Lambert ML, Hidalgo J, Masson V, Bretagne G et Haouès-Jouve S, Urbanisme et (micro-) climat. Outils et recommandations générales pour les documents de planification. Guide Méthodologique issu du projet MapUCE

✓ **2017**, Lambert ML, Demazeux C et Gallafrio M. Traduction des objectifs climat/énergie dans le PLU et le SCOT : fiches méthodologiques et retours d'expériences
Fiche exemple: Agen - https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354293v1
Fiche-outil : Le SCOT: https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354275v1
Fiches-outils: Le PLU(i), Rapport de présentation et PADD : https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354282v1
Règlement du PLU(i) https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354285v1
OAP https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354288v1

<caption>Table 4. Documents d'aide à l'intégration des enjeux climat-énergie dans les documents d'urbanisme avec une focale adaptation et prise en compte des enjeux microclimatiques locaux issus du projet MApUCE</caption>
# 4 L'intégration progressive des enjeux climatiques dans la planification spatiale réglementaire

Suite aux évolutions législatives récentes, l'intégration des enjeux climatiques et énergétiques s'impose dans les outils de planification spatiale des collectivités territoriales et il y a actuellement deux voies complémentaires pour cela. La première voie prend appui sur le lien normatif de ceux-ci avec les documents de planification énergétique et climatique. La deuxième voie, consiste à prendre en compte ces enjeux directement dans les objectifs légalement définis des documents d'urbanisme (la lutte contre l'étalement urbain, la densification, la performance énergétique des bâtiments, les infrastructures énergétiques, les transports, etc).

## 4.1 Prise en compte des enjeux climat énergie à travers les relations juridiques avec les documents de planification énergétique et climatique

Les documents de planification urbaine peuvent intégrer les enjeux climatiques et énergétiques à travers le lien normatif, de compatibilité ou de prise en compte (Figure 8), qui les lie aux documents de planification énergétique et climatique.

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

**Figure 8.** Les trois degrés de la relation juridique en urbanisme (Source : Luc Moreau, DDT49). La conformité impose la retranscription à l'identique de la règle, son respect à la lettre. La compatibilité implique de respecter l'esprit de la règle. La prise en compte induit de ne pas s'écarter de la règle<fnref n="24" />.

L'articulation entre le Plan Climat-Air-Energie Territorial (PCAET), le SCoT et le Plan Local d'Urbanisme (PLU) ne cesse d'évoluer. Les PCAET ou les futurs SCoT/PCAET ont vocation à définir les objectifs d'adaptation et atténuation du territoire qu'il recouvre tout en respectant les engagements de la France à l'échelle internationale et traduits par le SRADDET avec lesquels ils doivent être compatibles. Le PLU(i) devra de son côté prendre en compte les dispositions du PCAET sauf pour les dispositions du plan d'urbanisme relatives aux réseaux d'énergie qui devront, elles, être prises en compte par le PCAET (Lambert et Cobourg-Gozé, 2020).

Nous allons le voir, la limitation de la consommation foncière, des consommations énergétiques des bâtiments neufs et rénovés et des besoins de déplacement, la végétalisation des zones urbaines et les coefficients de biotope ou les orientations d'aménagement et de programmation (OAP) Energie-climat sont autant d'axes pouvant s'inscrire directement dans le PLU(i). Le PCAET a donc un rôle d'organisation, de hiérarchisation des actions en amont mais aussi et surtout d'évaluation et d'animation de cette thématique sur le territoire.

<footnote n="24">²⁴ Depuis le 1er avril 2021, le lien de compatibilité a été généralisé, et la simple prise en compte ne perdure que pour les objectifs du SRADDET (https://www.cohesion-territoires.gouv.fr/hierarchie-des-normes)</footnote>
## 4.2 Prise en compte dans les des documents d'urbanisme des objectifs climat-énergie légalement définis

Le Ministère de la cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales définit les objectifs d'action des collectivités territoriales en urbanisme comme suit<fnref n="25" />, Table 5:

* Assurer l'équilibre entre le développement et le renouvellement urbain, l'aménagement des espaces ruraux, la qualité de vie des habitants et la préservation des espaces naturels, agricoles et forestiers.

* Soutenir la diversité des fonctions urbaines et la mixité sociale dans l'habitat urbain et rural, en prévoyant des capacités de constructions suffisantes dans les domaines de l'habitat, des activités économiques et commerciales, culturelles et sportives.

* Préserver les milieux naturels, les paysages notamment par le maintien ou la création de continuités écologiques.

* Préserver et développer la qualité urbaine, architecturale et paysagère, notamment des entrées de ville.

* Développer les transports collectifs afin d'offrir des alternatives aux déplacements individuels motorisés afin de préserver l'environnement.

* Lutter contre le réchauffement climatique, limiter les émissions de gaz à effet de serre en assurant le développement des énergies renouvelables.

* Assurer la résilience des territoires notamment par la prévention des risques.

<caption>**Table 5.** Responsabilités des collectivités territoriales en matière d'urbanisme (source : Ministère de la cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales)</caption>

D'un point de vue environnemental, les orientations du SCoT et du PLU(i) doivent donc respecter les principes d'équilibre entre le développement urbain et la conservation des terres agricoles et espaces naturels, (en mettant l'accent sur la densification de la construction), l'objectif de Zero artificialisation nette (introduit par la loi Climat et résilience), la protection de la qualité de ces éléments naturels (y compris des continuités écologiques), lutter contre le réchauffement climatique (en particulier à travers la réduction des émissions de GES) et assurer la résilience des territoires. L'adaptation urbaine à la hausse des températures est donc ici exprimée comme reliée à la notion de résilience et gérée sous l'angle de la prévention des risques.

L'adaptation au changement climatique apparaît néanmoins bien comme un des objectifs à part entière du Code de l'Urbanisme<fnref n="26" />, « 7° La lutte contre le changement climatique et l'adaptation à ce changement, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, l'économie des ressources fossiles, la maîtrise de l'énergie et la production énergétique à partir de sources renouvelables », et peut être ainsi traitée de front dans les différentes documents du SCoT et du PLU(i).

### 4.2.1 Prise en compte de l'adaptation à la surchauffe urbaine dans les missions du SCoT

Plusieurs informations climatiques et leviers d'action peuvent être traités dans les différentes documents du SCoT. Les fiches méthodologiques proposées par le LIEU dans le cadre du projet MApUCE (Lambert et al. 2017) rappellent à la fois les obligations légales et rapportent des exemples de rédaction et de prise en compte par différentes villes et agglomérations françaises. Les pistes d'action en lien avec le sujet de la surchauffe urbaine concernent les obligations légales ou documents suivantes :

* dans l'évaluation environnementale du rapport de présentation, il est possible de situer le territoire par rapport à la zone climatique dans laquelle il se situe et définir ainsi des caractéristiques générales concernant les

<footnote n="25">²⁵ https://www.cohesion-territoires.gouv.fr/documents-durbanisme</footnote>

<footnote n="26">²⁶ Art. L101-2 du Code de l'Urbanisme, « 7° La lutte contre le changement climatique et l'adaptation à ce changement, (...) ; »</footnote>
problématiques de climat régional et local. Par exemple pour les villes continentales et les villes situées sur l'arc méditerranéen, la problématique de l'îlot de chaleur urbain et la gestion de la surchauffe urbaine en période estivale peut ainsi directement être ciblée.

* peu de SCoT ont pour le moment abordé la question des ICU par le prisme de la forme urbaine à cause sa large échelle spatiale. Le SCoT a une faible prise sur la forme intra-urbaine qui doit plutôt s'apprécier à l'échelle des quartiers, voire des îlots. Par contre, il peut appréhender l'échelle urbaine en termes de densification. Le DOO doit effectivement contenir des objectifs de densification afin de lutter contre l'étalement urbain<sup>27</sup>. Par contre, Lambert nous rappelle qu'il ne faut pas rester sur des prescriptions purement quantitatives qui ne prendraient pas en compte une description spatiale fine. Il est ainsi important d'accompagner ces règles de densité minimale par des évaluations climatiques, et des réflexions complémentaires sur la forme urbaine, les impacts de la densification en matière d'ombrage, de ventilation des rues l'été, et de place laissée à la végétalisation des espaces libres. Le SCoT peut imposer au PLU(i) de mettre en œuvre un tel travail car le DOO a pour mission de définir « les conditions d'un développement urbain maîtrisé et les principes de restructuration des espaces urbanisés, de revitalisation des centres urbains et ruraux, [...], de valorisation des paysages et de prévention des risques »<sup>28</sup>. Les notions de développement urbain « maîtrisé », et de « prévention des risques » pourraient intégrer facilement la question des micro-climats urbains. Un travail de cohérence et alimentation des Diagnostics du PLU(i) et du SCoT, est ainsi faisable et nécessaire.

* L'intégration de la question climatique peut se faire dans ce document par le biais indirect de la végétalisation et le maintien ou d'amélioration de la biodiversité car le SCoT a plusieurs missions obligatoires ou facultatives en matière de dispositions relatives aux espaces verts, trames vertes ou zones naturelles ou agricoles à protéger, et désormais de protection des sols par le biais de l'objectif Zéro Artificialisation Nette. Notamment dans le PADD et le DOO qui doivent fixer des objectifs fondés sur « les politiques publiques [...] de qualité paysagère, de protection et de mise en valeur des espaces naturels, agricoles et forestiers, de préservation et de mise en valeur des ressources naturelles, [...] de préservation et de remise en bon état des continuités écologiques »<sup>29</sup> et le maintien et protection d'« espaces et sites naturels, agricoles, forestiers ou urbains [...], des espaces nécessaires au maintien de la biodiversité et à la préservation ou à la remise en bon état des continuités écologiques » respectivement<sup>30</sup>.

* Les modalités de préservation des eaux ressortent de la compétence partagée des SCoT, qu'il s'agisse de la considérer comme un élément de l'environnement, une ressource naturelle ou une composante des trames bleues. Ainsi plusieurs exemples sont cités par Lambert et al. (2017) dans les différents documents (Rapport de présentation, PADD et DOO). Trois thématiques sont principalement abordées : l'imperméabilisation des sols et l'infiltration de l'eau ; le maintien de la biodiversité et la gestion des eaux pluviales, désormais renforcés.

* Finalement, sur le sujet de l'albedo et des propriétés des matériaux de construction ou d'aménagement de l'espace urbain, le SCoT ne semble pas à la bonne échelle pour inclure des préconisations précises. Il peut néanmoins inciter les collectivités locales à réfléchir à cette question dans le cadre de leurs PLU(i), en luttant contre la minéralisation excessive des espaces publics ou privés, ou en favorisant le recours aux matériaux et aménagements de couleur claire.

<footnote n="27"><sup>27</sup> art. L141-4 et art. L. 141-7 du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="28"><sup>28</sup> art. L141-5 du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="29"><sup>29</sup> art. L141-4 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="30"><sup>30</sup> art. L141-10 du Code de l'urbanisme</footnote>
Plusieurs objectifs en lien avec la gestion du risque de températures extrêmes en milieu urbain peuvent être ainsi explicités et mis œuvre à travers le SCoT. La **Table 6** rapporte une synthèse de ces moyens d'inscription dans les outils d'urbanisme, et propose un lien envers les connaissances utiles à la gestion du risque de surchauffe urbaine :

<table><thead><tr><th colspan="3">SCoT</th></tr><tr><th>Leviers d'action</th><th>Moyens d'inscription dans les outils</th><th>Études et Objectifs techniques</th></tr></thead><tbody><tr><td>Définir les enjeux</td><td>l'évaluation environnementale du rapport de présentation peut identifier l'îlot de chaleur urbain et la gestion de la surchauffe urbaine en période estivale comme enjeux climatiques d'ordre général pour le territoire.</td><td><ul><li>situer le territoire dans sa zone climatique à échelle régionale</li><li>identifier les impacts prévisibles du changement climatique</li></ul></td></tr><tr><td>Forme urbaine</td><td>le DOO doit contenir des objectifs de densification afin de lutter contre l'étalement urbain. Besoin de cohérence entre le Diagnostic du PLU(i) et du SCoT pour une spatialisation cohérente des objectifs de densification vis à vis des enjeux microclimatiques.</td><td><ul><li>délimiter la tache urbaine afin d'évaluer et suivre son évolution</li><li>identifier les couloirs de ventilation naturels à l'échelle de la ville (vents prédominants et brises) afin de les préserver</li></ul></td></tr><tr><td>Végétalisation</td><td>le PADD et le DOO doivent fixer des objectifs de<ul><li>de qualité paysagère, de protection et de mise en valeur des espaces naturels, agricoles et forestiers, de préservation et de mise en valeur des ressources naturelles, [...]<br>de préservation et de remise en bon état des continuités écologiques</li><li>maintien et protection d'« espaces et sites naturels, agricoles, forestiers ou urbains [...],<br>des espaces nécessaires au maintien de la biodiversité et à la préservation ou à la remise en bon état des continuités écologiques »</li></ul></td><td><ul><li>protéger et caractériser la végétation afin de renforcer la trame verte</li></ul></td></tr><tr><td>Eau</td><td>Le Rapport de présentation, le PADD et le DOO abordent la gestion des eaux via :<ul><li>l'imperméabilisation des sols et l'infiltration de l'eau</li><li>le maintien de la biodiversité</li><li>la gestion des eaux pluviales.</li></ul></td><td><ul><li>étudier le cycle de l'eau du territoire (ruissellement, infiltration, évaporation) afin de le perturber le moins possible voire le rétablir.</li></ul></td></tr><tr><td>Matériaux</td><td>le SCoT n'est pas à la bonne échelle pour inclure des préconisations mais peut inciter à réfléchir à cette question dans le cadre du PLU(i), en luttant contre la minéralisation excessive des espaces publics ou privés, ou en favorisant le recours aux matériaux et aménagements de couleur claire.</td><td><ul><li>caractériser les matériaux afin de comprendre l'impact de l'ensoleillement dans les espaces intérieurs et extérieurs</li></ul></td></tr></tbody></table>
**Table 6.** Résumé des moyens et objectifs techniques en lien avec la gestion du risque de températures extrêmes en milieu urbain dans le Schéma de Cohérence territoriale (SCOT).

### 4.2.2 Prise en compte de l'adaptation au changement climatique dans les missions du PLU(i)

Ce document juridique s'imposant aux autorisations d'urbanisme et concernant toutes les parcelles privées ou publiques dont il détermine l'évolution et les droits à construire, le PLU(i) a été le document principal de nos travaux de recherche. Il est composé de plusieurs éléments – Rapport de présentation, Plan d'aménagement de de développement durable, les Orientations d'aménagement et de programmation, le Règlement spécifique à chaque zone du plan de zonage – qui sont autant d'opportunités pour inscrire la question microclimatique au cœur même du document.

Un analyse exhaustif a été proposé pour le PLU(i) par l'équipe de Marie Laure Lambert lors du projet MApUCE et il est recueilli dans le fiches citées dans le tableau 4. Pour ce mémoire, j'ai extrait, synthétisé et mis à jour avec l'aide de Marie Laure, les éléments qui me semblent clés dans le cadre de mon travail. Ils sont présentés en Annexe 1 car le contenu reste assez étendu. Voici quelques messages qui me semblent importants pour chaque document :

* Le rapport de présentation reste le garant de la visibilité des objectifs environnementaux à travers le document d'évaluation environnementale qu'il contient<fnref n="31" /> et c'est donc à l'occasion de cette évaluation que devraient être intégrées dans la réflexion sur le PLU(i) des études, cartes climatiques et modélisations indiquant, dans le diagnostic territorial, quels sont les enjeux énergétiques et climatiques, et notamment quelles sont les zones urbaines concernées ou menacées par le phénomène d'îlot de chaleur urbain. La réalisation de cette évaluation est l'occasion d'analyser les paramètres climatiques locaux, de dresser le « profil climatique de long terme du territoire » (séries observées et prédictions futures de températures et précipitations notamment), puis de qualifier les enjeux climatiques du territoire à partir de ces données. Cependant il n'a pas de valeur réglementaire et constitue principalement un document d'information et un élément d'interprétation et de justification du PADD<fnref n="32" />.

* Le PADD représente le « projet politique » du PLU(i) et peut préconiser la généralisation de l'approche bioclimatique, agir à travers l'aménagement des espaces publics et la requalification de friches et terrains libres dans le PLU(i). Tous les leviers d'action classiques de l'adaptation des villes à la hausse des températures peuvent être ainsi mobilisés (la forme urbaine, la végétalisation, l'eau...).

* Les orientations d'aménagement et de programmation, OAP sont élaborées en cohérence avec le PADD, elles comprennent des dispositions portant sur l'aménagement, l'habitat, les transports et les déplacements<fnref n="33" />. Les OAP sont opposables aux permis de construire, mais seulement dans un rapport de compatibilité<fnref n="34" />. Seul le règlement impose un rapport de conformité, et peut donc interdire de construire ou prescrire des règles d'urbanisme. Il y a donc lieu de compléter, le cas échéant, les OAP par des dispositions du règlement afin de permettre l'opposabilité effective des OAP aux projets d'aménagement. L'enjeu consiste à trouver le bon niveau de formalisation des orientations. « En effet, les OAP doivent permettre aux services instructeurs des permis de construire de vérifier que la construction répondra bien aux objectifs fixés [...]. L'expression des orientations sera le plus souvent qualitative, pour s'attacher aux résultats à atteindre en laissant une marge d'adaptation quant aux formes et aux moyens pour y parvenir. (...) Les orientations doivent être claires et

<footnote n="31">³¹ art. R151-1, 3ᵉ du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="32">³² 2017, Lambert ML, Demazeux C et Gallafrio M. Fiches-outils: Le PLU(i), Rapport de présentation et PADD : https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354282v1</footnote>

<footnote n="33">³³ art. L151-6 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="34">³⁴ art. L152-1 du Code de l'Urbanisme</footnote>
vérifiables, elles peuvent parfois être rédigées de manière quantitative mais ne doivent pas s'apparenter à un règlement »<fnref n="35" />. Les orientations peuvent porter sur différents thèmes comme la forme urbaine ou l'implantation des espaces naturels - à travers le coefficient de biotope par surface<fnref n="36" />-, leur rôle environnemental et leur nature »<fnref n="37" /> et peuvent également fixer une obligation de résultat sur le confort d'été, qui prohibe le recours à la climatisation qui est un exemple souvent citée de mal-adaptation (Annexe 1).

* Le Règlement du PLU(i) fixe, en cohérence avec le PADD, les règles générales et les servitudes d'utilisation des sols. Il est accompagné de documents graphiques sous forme de cartes qui formalisent le champ d'application du règlement par un zonage. Tous les travaux, démolitions, aménagements réalisés [...] devront être conformes à ce règlement et à ses documents graphiques<fnref n="38" />. De nombreux articles du règlement permettent de mettre en œuvre une politique liée au climat et à l'énergie. Mais il n'est pas aisé d'obliger les collectivités à rédiger des prescriptions dans ce domaine. Le code de l'urbanisme vise plutôt à ne pas entraver ou à ne pas limiter la qualité environnementale des aménagements et la production d'énergies renouvelables. Il peut favoriser une forme urbaine particulière, une prise en compte des vents dominants (conditions d'alignement, recul des constructions), ou encore de l'ensoleillement et des ombres portées (dimensions et hauteur des constructions, marges de recul). Le règlement peut ainsi jouer sur une multiplicité de paramètres en lien avec le micro-climat urbain en lien avec la forme urbaine, la végétalisation, l'albédo ou l'eau (Annexe 1).

Le Tableau 7 présente la synthèse des moyens d'inscription du risque de surchauffe urbaine dans le PLU et les liens envers les connaissances utiles à sa gestion :

<table><thead><tr><th colspan="3">PLU(i)</th></tr><tr><th>Leviers d'action</th><th>Moyens d'inscription dans les outils</th><th>Objectifs techniques</th></tr></thead><tbody><tr><td>Définir les enjeux via un diagnostic microclimatique spatialisé</td><td>l'évaluation environnementale du rapport de présentation implique que soient analysés l'état initial de l'environnement et les perspectives de son évolution, les conséquences éventuelles de l'adoption du plan sur la protection des zones importantes pour l'environnement ainsi que les mesures envisagées pour éviter, réduire et si possible compenser s'il y a lieu, les conséquences dommageables de la mise en œuvre du document.</td><td><ul><li>rappeler les enjeux microclimatiques pour le territoire identifiés dans le SCoT et PCAET.</li><li>identifier les situations météorologiques récurrentes (Types de temps sensibles) et sélectionner celles en lien avec ces enjeux</li><li>identifier les zones (à l'échelle des quartiers) concernées par des phénomènes de surchauffe diurne et/ou nocturne à travers des outils cartographiques.</li></ul></td></tr><tr><td>Forme urbaine</td><td>Le PADD peut préconiser la généralisation de l'approche bioclimatique, agir à travers l'aménagement des espaces publics et la requalification de friches et terrains libres</td><td><ul><li>estimer le potentiel de ventilation des rues selon leur orientation</li><li>calculer l'ensoleillement et l'ombre</li></ul></td></tr></tbody></table>

<footnote n="35">³⁵ Ministère du logement et de l'habitat durable, Fiches techniques : décret sur la modernisation du contenu du PLU, fiche 5 : les OAP. Juillet 2016</footnote>

<footnote n="36">³⁶ ce coefficient vient en complément du « coefficient d'occupation des sols » ; il vise non seulement à conserver un certain taux de foncier non imperméabilisé et non artificialisé, mais aussi des services écosystémiques ; (Conreaux-Mantziaras L & Faucher H, 2018).</footnote>

<footnote n="37">³⁷ Ministère du logement et de l'habitat durable, Fiches techniques : décret sur la modernisation du contenu du PLU, fiche 5 : les OAP. Juillet 2016</footnote>

<footnote n="38">³⁸ art. L152-1 du Code de l'Urbanisme</footnote>
<table><tr><td></td><td>dans le PLU.<br>Les OAP peuvent « prendre la forme de schémas d'aménagement et préciser les principales caractéristiques des voies et espaces publics »<br>Le règlement, permet de privilégier une forme urbaine compacte et de créer des coupures d'urbanisation quand c'est pertinent. Il fixe également la hauteur maximale des construction.</td><td>portée des bâtiments<br>• réfléchir à l'intégration des nouveaux îlots dans leur environnement proche (quels sont les couloirs de ventilation d'air « propre » et d'air pollué ? Sur quelle zone climatique locale (LCZ) se situe l'îlot ? Faut il préserver ou renforcer la présence de végétation ? ...)</td></tr><tr><td>Végétalisation</td><td>le PADD doit fixer des objectifs de protection des milieux naturels et des paysages, la préservation des espaces verts et des continuités écologiques à travers : « les orientations générales des politiques [...] de paysage, de protection des espaces naturels, agricoles et forestiers, et de préservation ou de remise en bon état des continuités écologiques »<br>Les OAP peuvent « définir les actions et opérations nécessaires pour mettre en valeur l'environnement, notamment les continuités écologiques ». Elles peuvent également définir un Coefficient de biotope par surface.<br>Le règlement localise spatialement les continuités écologiques, trames vertes et espaces boisés classés. Il précise les règles concernant le coefficient de biotope, l'alignement ou un retrait des immeubles par rapport à la voirie, l'aspect extérieur des bâtiments pour accueillir des murs ou toitures végétalisées et peut définir, dans certains secteurs, des objectifs de performance environnementale renforcée.</td><td>• caractériser l'occupation du sol, en particulier, identifier la végétation à l'échelle de l'aménagement/îlot (alignements d'arbres, haies, bandes enherbées, espaces verts publics, éléments remarquables, bandes végétales en pied de façade.<br>• renforcer la compacité de la forme urbaine par la densité tout en intégrant et protégeant les îlots verts publics et privés et toute végétation existante.<br>• introduire des orientations visant à renforcer la végétalisation des espaces perméables.<br>• accompagner la réflexion de la végétalisation d'une réflexion sur la ressource en eau, la qualité de l'air et les vecteurs de maladies en particulier le moustique tigre.</td></tr><tr><td>Eau</td><td>Le PADD aborde la gestion des eaux via :<br>• l'imperméabilisation des sols et l'infiltration de l'eau</td><td>• intégrer la trame bleue dans l'agglomération pour lui conférer le caractère de trame bleue urbaine ;</td></tr></table>
<table><caption>Table 7. Résumé des moyens et objectifs techniques en lien avec la gestion du risque de températures extrêmes en milieu urbain dans le Plan Local d'Urbanisme Intercommunal (PLUi).</caption><tr><td></td><td><ul><li>le maintien de la biodiversité</li><li>la gestion des eaux pluviales.</li></ul><p><strong>Les OAP</strong> peuvent « définir les actions et opérations nécessaires pour mettre en valeur l'environnement, notamment les continuités écologiques »</p><p><strong>Le règlement</strong> imposer les installations nécessaires à la gestion des eaux pluviales et du ruissellement ; Imposer pour les clôtures des caractéristiques permettant de préserver ou remettre en état les continuités écologiques ou de faciliter l'écoulement des eaux.</p></td><td><ul><li>intégrer des orientations traitant la gestion des eaux afin de préserver le cycle de l'eau naturel et l'effet de régulateur thermique par évapotranspiration: fonction de rafraîchissement en ville, récupérer, recyclage des eaux pour l'arrosage des espaces verts, gestion à la parcelle du ruissellement des eaux pluviales, stockage...</li><li>faire un cadastre des points d'eau publiques</li></ul></td></tr><tr><td><strong>Matériaux</strong></td><td><p><strong>Les OAP</strong> permettent de préciser les principes d'aménagement.</p><p><strong>Le règlement</strong> régule l'aspect extérieur des constructions et peut prescrire une palette de couleurs et limiter l'utilisation de certains matériaux.</p></td><td><ul><li>Identifier les surfaces au sol imperméables et identifier celles sur lesquelles une optimisation pourrait être effectuée.</li><li>Initier une réflexion sur la colorimétrie et les matériaux de construction tant dans l'ancien comme dans le nouveau. Associer le bureau de l'Architecte des Bâtiments de France à cette réflexion.</li></ul></td></tr><tr><td><strong>Émission de chaleur</strong></td><td><p><strong>Les OAP</strong> peuvent fixer une obligation de résultat sur le confort d'été, qui prohibe le recours à la climatisation</p></td><td><ul><li>établir un cadastre de climatiseurs et une estimation des émissions de chaleur (pollution thermique)</li></ul></td></tr></table>

## 5. Discussion

Depuis une vingtaine d'années, l'évolution réglementaire a permis la création d'un contexte favorable à la prise en compte des enjeux climatiques et énergétiques à l'échelle locale. Des outils spécifiques comme le PCAET ont été créées. Les outils de planification réglementaire, SCoT et PLU, ont aujourd'hui les fondements juridiques nécessaires pour encadrer cette prise en compte du climat local et les enjeux qui lui sont associés chaque fois qu'ils seront portés politiquement dans ce sens.

Il y a encore évidement des marges de manœuvre et d'évolution sur tous les aspects de l'articulation entre politiques climatiques et l'exercice de planification.

Les juristes ont sûrement des pistes pour faire évoluer le cadre réglementaire afin, par exemple, de mieux définir le contenu et les méthodologies pour établir des diagnostics climatiques territoriaux qui puissent nourrir le volet adaptation. Exercice qui n'est pas aujourd'hui encadré, à différence du volet atténuation où un bilan carbone est requis.
De même, Lambert et Cobourg-Gozé (2020) proposent de recourir également à des outils opérationnels fondés sur les pouvoirs de police <fnref n="39" />, ou des dispositifs d'incitation<fnref n="40" /> ou encore d'information et sensibilisation<fnref n="41" /> que je n'ai pas abordés dans ce mémoire.

Les urbanistes peuvent continuer à faire percoler les questions environnementales et climatiques à toutes les étapes et échelons des exercices de planification. Des évolutions dans la réalisation technique seront nécessaires. Quelques pistes sont discutées par Touchard et al (2020), comme par exemple l'interconnexion entre les diagnostic socio-économique et l'état initial de l'environnement (EIE)<fnref n="42" />, ou la rétroaction entre les diagnostics du PLU(i) et du SCOT comme discuté précédemment en lien avec le rôle que l'état initial de l'environnement à une échelle fine peut jouer en termes de spatialisation dans la définition d'objectifs pour le SCOT.

Nous les climatologues et cartographes, devons continuer à collaborer avec les architectes, les informaticiens et les sociologues à produire des données (urbaines, microclimatiques, sociales) et des outils de visualisation et d'analyse de ces données. Cela permettra de replacer le fragment urbain étudié dans son environnement et étudier sa vulnérabilité par rapport à l'évolution du climat régional à long terme. Autrement dit, relier les différentes échelles spatiales (îlot, quartier, ville) et temporelles (micro-météorologique et climatique).

L'objectif du chapitre suivant est d'esquisser un portrait des recherches actuelles en France dans ce sens. Mais il faut également s'assurer que cet effort sera utile à l'exercice opérationnel. Pour cela il faut évidement continuer à travailler, via une recherche fondamentale, sur nos méthodes d'observation, de modélisation, de représentation cartographique. Il sera néanmoins crucial à court terme de développer davantage, et parallèlement, une recherche en climatologie urbaine appliquée qui s'intéresse, à travers des collaborations interdisciplinaires plus larges, à la manière dont les connaissances climatiques, quantitatives et qualitatives, sont utilisées à l'heure actuelle dans la planification et la conception à l'échelle des opérations d'aménagement (de la décision de création jusqu'à la réalisation). Par quels acteurs sont utilisées ces données ? pourquoi et à quelles étapes ? Quels sont les leviers d'action mais surtout les freins, techniques, sociaux, politiques, à leur généralisation ? La Partie III de ce mémoire illustre une manière d'approcher ce chantier à travers l'entrée cartographique de la climatologie urbaine.

<footnote n="39">³⁹ « Plusieurs outils de police de l'urbanisme peuvent être mobilisés en matière d'adaptation. Par exemple à travers les zones d'aménagement concerté (ZAC), l'opposition au permis de construire ou les modalités de reconstructions en zones vulnérables. » (Lambert et Cobourg-Gozé, 2020, p. 141)</footnote>

<footnote n="40">⁴⁰ « Les collectivités territoriales peuvent inciter les acteurs privés à adapter leurs stratégies [...]. Il s'agit alors de s'appuyer sur des outils plus pédagogiques, qui pourront être de nature contractuelle, à l'image des baux verts et/ou environnementaux, ou des contrats de milieux, ou de nature non contractuelle, avec le recours à des outils tels que les Agenda 21 ou les labels et chartes de qualité. (ibid, p. 151)</footnote>

<footnote n="41">⁴¹ « Le rôle des collectivités locales sera très important en la matière, agissant au plus près des citoyens. Leur action devra permettre : une information la plus large des habitants ; le respect des procédures d'information des nouveaux arrivants en zone de risque (acquéreurs et locataires), une participation effective de tous à des décisions qui engageront l'avenir des territoires à long terme ». (ibid., p. 160)</footnote>

<footnote n="42">⁴² Le diagnostic socio-économique et l'EIE sont les deux volets constitutifs du diagnostic territorial. L'articulation entre diagnostic et EIE et l'organisation des thèmes au sein de l'EIE, est laissée au libre choix du rédacteur. Touchard et al. (2020) discutent les deux manières habituelles de faire : faire de l'EIE et du diagnostic socio-économique deux parties distinctes au sein du diagnostic territorial [...] ou fondre l'EIE et le diagnostic socio-économique en une seule et même partie.</footnote>
# Chapitre 2 : Les recherches en climatologie urbaine en France en 2021 : des recherches fondamentales à la climatologie urbaine appliquée

## 1. Contours et motivation de cet état de l'art

### 1.1. Motivation :

En ce moment même où nous essayons de plus en plus de concevoir des recherches dont le but est un travail théorique de nature fondamentale mais relié de manière satisfaisante aux besoins sociaux et environnementaux, il est pertinent de s'interroger sur comment la production de connaissances en climatologie urbaine en France, rencontre les besoins en urbanisme qui ont été, nous l'avons vu, fortement modifiés par des évolutions récentes du cadre réglementaire.

### 1.2. Objectifs :

L'objectif général de cette partie est de dresser un état des lieux des forces et des approches de recherche actuelles dans le domaine de la climatologie urbaine pour le territoire français. Même s'il contient des éléments rétrospectifs, le but n'est pas tant de retracer l'historique de l'évolution de la discipline que de dresser un portrait à un temps donné.

Tel que conseillé par la sociologie des sciences43, je m'intéresse ici à la fois au contenu de la recherche et, même si je le développerai moins, au rôle institutionnel et social d'orientation de l'activité de recherche. Je vais ainsi m'intéresser aux conditions internes et externes d'élaboration des connaissances de cette branche de la climatologie. Ce panorama se veut exhaustif vis à vis de l'identification des groupes de recherche actifs sur le sujet, des connaissances sur le climat des villes françaises, des méthodes et approches appliquées. Je vais par ailleurs m'intéresser au nombre de chercheurs permanents et à leur profil, l'origine du financement des projets et l'intégration de la discipline dans les cursus de formation.

### 1.3. Délimitation thématique et parti pris :

Dans son article sur la préfiguration d'un observatoire lyonnais du climat, Soto et al. (2015, pg34) rappellent la largeur thématique de cet objet d'étude : « aujourd'hui, son étude (de la climatologie urbaine) n'est plus seulement l'apanage des climatologues ; elle est déclinée dans des champs disciplinaires divers comme l'architecture, l'urbanisme (Desjardins, 2011 ; Colombert et al., 2012), la santé environnementale (INVS, 2010), l'énergétique, l'économie, la psychologie (Van der EchoGéo, Linden, 2015), ou bien la gestion de l'eau en milieu urbain, à l'instar de ce que réalisent déjà certains observatoires comme l'Observatoire de terrain en hydrologie urbaine (Othu) ou bien l'Observatoire nantais des environnements urbains (Onevu). Elle intéresse, non plus seulement la communauté des chercheurs, mais également les techniciens des collectivités territoriales, les consultants (Chemin et Thimonier-Rouzet, 2010), les réseaux associatifs et les dirigeants d'entreprise (EPE et Onerc, 2014). L'actualité récente autour de la 21ème Conférence des Parties (Cop21) montre, également, la place occupée par la démocratie participative, qui implique un meilleur accès à l'information environnementale et une participation des citoyens au processus décisionnel. ».

Afin de délimiter le périmètre de cette analyse certains choix et parti pris ont été faits. La climatologie urbaine parce qu'elle est un champ de recherche et de spécialisation interdisciplinaire implique des thématiques et échelles spatiales et temporelles variées. Je vais ici partir des thèmes classiquement traités en climatologie urbaine analytique (observation du climat urbain à travers des mesures de terrain) et climatologie urbaine dynamique (explication des dynamiques climatiques à partir de la compréhension de la circulation atmosphérique) et les sujets émergents utiles dans la perspective de l'intégration des enjeux microclimatiques dans la planification urbaine. Je vais ainsi me concentrer principalement dans les recherches s'intéressant aux sujets suivants (Figure 9) :

* L'impact de la surface urbaine dans son atmosphère proche aux échelles de temps météorologiques et climatiques. Les conditions atmosphériques extérieures au bâti sont donc ici prioritaires bien que l'interface bâti/rue soit parfois traitée dans les recherches en micro-climatologie. Je ne prends pas en compte par exemple

<footnote n="43">43 https://www.erudit.org/fr/revues/po/1989-n15-po2541/040618ar.pdf</footnote>
les études de caractère architectural d'optimisation bioclimatique ou pour améliorer l'efficacité d'ensoleillement, énergétique ou de confort intérieur à l'échelle du bâtiment.

* L'évolution climatique locale en lien avec l'évolution climatique à plus grande échelle, en particulier en lien avec l'évolution du climat régional dû au changement climatique.

* Les études à l'interface entre les sciences du climat et les études urbaines (planification urbaine, aménagement, politiques urbaines) ayant pour objectif la maîtrise de l'impact de l'urbanisation sur l'atmosphère. Ne sont pas prises ici en compte les études sur le changement climatique dans les politiques urbaines, notamment sur son pendant atténuation. La question du lien entre politiques urbaines et climat est ici traitée plutôt à travers l'entrée adaptation du territoire et à travers la compréhension de son microclimat local et les conditions climatiques futures qui s'imposeront à l'échelle régionale.

* Les études à l'interface entre les sciences du climat et de la santé. En particulier ceux en lien avec le risque de températures extrêmes en milieu urbain.

Ne sont donc pas ici explorés les thèmes de la qualité de l'air, l'hydrologie urbaine (sauf les études d'initiation de cellules convectives et d'amélioration des modèles de simulation microclimatiques), l'énergétique du bâtiment et le potentiel en énergies renouvelables du territoire.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 9. Périmètre thématique du panorama des recherches en climatologie urbaine présenté dans ce chapitre</figcaption></figure>

Afin de délimiter le périmètre des pôles<fnref n="44" /> de recherche, ont été pris en compte uniquement les collectifs et productions scientifiques autour des chercheurs permanents ayant porté des recherches (plus de deux publications en premier auteur) ou ayant encadré au moins une thèse dédiée au sujet. J'ai répertorié les contractuels et doctorants en poste sur ces équipes ; les articles ; projets de recherche ; thèses et HDR ; conférences internationales en cours ou finalisées avant septembre 2021. Cette date permet de prendre en compte par exemple les programmes de formation démarrant sur l'année scolaire 2020-2021.

Je me suis intéressée en priorité aux travaux portant sur le territoire français et également aux travaux ayant une visée opérationnelle. Pour ces derniers j'ai répertorié la littérature grise, par exemple sous forme de guides, afin d'avoir un aperçu des modalités de transfert. Dans un deuxième temps, j'ai étudié les projets et publications portant sur des terrains étrangers dont le portage de l'équipe française semble d'envergure (portage de projet français ou, pour les publications, dont le premier ou deuxième auteur sont de chercheurs dont l'employeur est français). Les publications en français, anglais, espagnol et portugais ont été prises en compte.

<footnote n="44">⁴⁴ Ici fait référence à une équipe de recherche ou à plusieurs équipes de recherche sur un territoire donné.</footnote>
1. 4. Méthodologie :

Cet état de l'art a été dressé en plusieurs étapes itératives :

* Une recherche via internet où j'ai dressé une première ébauche des principaux pôles de recherche, des disciplines impliquées, ainsi que de la production bibliographique et des projets passés et en cours. J'ai également mobilisé ma liste de contacts personnelle et la liste de diffusion des membres participant aux ateliers sur le climat urbain organisés par le LIED à Paris en 2019, 2020 et 2021.

* Quelques entretiens ciblés. Je n'ai pas eu la prétention de mettre en place un protocole exhaustif d'entretiens mais je me suis néanmoins inspirée des méthodes mises en place par l'équipe au cours de travaux précédents pour construire une grille d'entretien semi-directif sur laquelle m'appuyer pour l'analyse. J'ai fait le choix d'une campagne d'entretiens ciblée entre mai 2020 et septembre 2021. J'ai privilégié la vision globale des activités de recherche que la personne peut apporter pour un pôle donné à l'exhaustivité de la liste d'interviewés.

J'ai enrichi l'analyse avec des lectures évoquant la construction disciplinaire de la climatologie urbaine sur le territoire français (Colombert et al. 2012, Soto et al. 2016, Bigot 2017). Je me suis également appuyée sur des publications institutionnelles autour de la recherche en climatologie urbaine ou des sujets connexes comme en modélisation ou en adaptation au changement climatique.

1.5 Une restitution raisonnée

Les sections suivantes ne prétendent pas proposer une revue complète des travaux développés par les équipes de recherche français qui ont travaillé sur les divers aspects de l'étude du climat en milieu urbain. L'objectif de ce chapitre est double et vise, d'une part, à exposer succinctement les thématiques et outils utilisés à l'heure actuelle en France afin de les mettre au regard de l'évolution réglementaire présentée précédemment. D'une autre part, l'objectif est de contextualiser mes activités de recherche en cartographie climatique présentées en troisième partie de ce manuscrit. Y est inclus en annexe la liste bibliographique exhaustive établie pendant ce panorama.
## 2. Une recherche en climatologie urbaine qui s'installe en France dans les années 1990 à 2000

Si à l'international les études en climatologie urbaine se mettent en place petit à petit dans les années 70 à 80, en France, il faut attendre plutôt les années 1990 pour que les laboratoires lancent des activités de recherche spécifiques sur ce sujet.

La première « grande »<fnref n="45" /> campagne de mesures s'effectue à Paris en 1994 (ECLAP, Nov. 1994 à Mars 1995, *Menut et al., 2000*) portée par le Service d'Aéronomie<fnref n="46" />, le LMDC<fnref n="47" /> et EDF. D'autres campagnes d'ampleur similaire ont vu le jour à Marseille (ESCOMPTE, été 2002, *Cros et al., 2004*; *Mestayer and et al., 2005*) et Toulouse (CAPITOUL, fév. 2004 à mars 2005, *Masson et al., 2008*) coordonnées par le CNRM. A la fin des années 2000, de nouveau à Paris et autour du projet européen MEGAPOLI, deux campagnes se sont succédées sur l'été/hiver 2009/2010 (Baklanov et al. 2013). Une dernière campagne appelée CAMCATT a eu lieu à Toulouse en juin 2021. L'obtention de ces jeux de données, très coûteux en termes de déploiement expérimental et humain, *Figure 10* répond souvent à divers objectifs expérimentaux. Historiquement, on couple par exemple les études de qualité de l'air comme la formation et la transformation des aérosols urbains et la dispersion de rejets industriels, et de météorologie urbaine avec l'étude des échanges d'énergie entre la surface urbaine et l'atmosphère et l'impact de la ville sur l'écoulement de l'air au-dessus.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Fig. 1. Map of the surface and altitude measurements performed during the ECLAP experiment. Palaiseau and Jussieu are the two specific sites of measurements of ECLAP. The other sites are Achères (instrumented mast), Saclay (instrumented mast), Trappes, (radiosoundings), and the Eiffel Tower (temperature measurements).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 10. Déploiement expérimental pendant les campagnes ECLAP (haut à gauche), CAPITOUL (haut à droite) et MEGAPOLI (en bas).</figcaption></figure>

Sources : Dupont et al., 1999, Masson et al. 2008, http://megapoli.info/

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 1: The campaign design included 3 primary (in black) and 3 secondary (in blue) fixed ground measurement sites, an aircraft and 5 mobile platforms. Primary sites are devoted to aerosols and gas phase chemistry, secondary sites to active and passive remote sensing. A specific lidar network was set-up at a central Paris site and at 4 cardinal points during the winter campaign (red stars).</figcaption></figure>

<footnote n="45">⁴⁵ Ici grande fait référence au déploiement de moyens de mesure coûteux</footnote>

<footnote n="46">⁴⁶ Devenu le LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Observations Spatiales</footnote>

<footnote n="47">⁴⁷ Laboratoire de Meteorologie Dynamique</footnote>
L'îlot de chaleur urbain a ainsi été monitoré sur diverses villes françaises à partir de ces moyens expérimentaux éphémères. Son amplitude et intensité varient en fonction de la localisation, les caractéristiques de la ville et les conditions météorologiques à plus grande échelle. Par exemple à Marseille il n'excède pas 3°C à cause de l'effet rafraîchissant de la brise marine (Lemonsu et al. 2004). Pour des villes continentales, ces valeurs sont plus fortes. Il atteint 6°C à Toulouse, avec une extension verticale de 2200 m (Hidalgo et al. 2008a). Il est de 7.5 °C à Strasbourg (Ficher, 2009) ou encore 10°C à Paris sous conditions favorables de ciel clair, mais, de seulement de 2.3°C dans les jours venteux et couverts (Cantat, 2004). Depuis quelques années, des réseaux d'observation à vocation pérenne ont été mis en place, **Figure 11**. Ils sont maintenus et administrés par des équipes locales de chercheurs à Rennes (depuis 2006) et Dijon (2014) tandis qu'à Toulouse, un partenariat entre Météo-France et Toulouse Métropole a permis la mise en place à partir de 2017 d'un monitoring du climat local en temps réel directement géré par la collectivité.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 11. Réseaux pérennes d'observation de Dijon, Toulouse et Rennes respectivement</figcaption></figure>
### 3. Des études à l'échelle du quartier pour étudier avec précision une multiplicité de sujets en lien avec le microclimat

Des campagnes de mesure sur des périmètres spatiaux plus restreints (du quartier à la rue) ont eu lieu sur différentes villes. Strasbourg par exemple a mis en place en 2002, dans le cadre du projet RECLUS, un échafaudage installé dans une rue qui a permis de réaliser des mesures continues de différents paramètres météorologiques sur quatre niveaux. L'objectif était de documenter les différents processus physiques qui interviennent dans l'élaboration du microclimat à l'intérieur d'un canyon urbain et de valider des méthodes d'agrégation permettant, via la modélisation physique, le passage d'échelles entre le canyon et le quartier (Najjar et al., 2004). L'étude du végétal en milieu urbain a fait l'objet de plusieurs études basées sur des mesures physiques. Tout d'abord ECORURB, avait permis d'étudier de 2003 à 2012, à Rennes et Angers, les effets de l'urbanisation et du climat sur la biodiversité locale et sur l'émergence de risques biologiques. Entre 2012 et 2015, Strasbourg a également fortement investi le sujet de l'évaluation et la modélisation des interactions entre le végétal et le milieu urbain. Les objectifs étaient d'étudier comment les interactions entre un arbre et le milieu urbain modifient le comportement végétal et aussi dans quelle mesure les espaces verts améliorent « l'ambiance climatique » et le confort des populations riveraines. Pour cela la végétation a été suivie sur 2 sites sur trois saisons végétatives complètes. Vingt-trois sites de mesures complémentaires sur Strasbourg et alentours ont complété ce projet.

Sans vouloir être exhaustive sur tous les projets effectués autour du couple climat-végétal en milieu urbain, je finirai par citer le projet ANR-VegDUD (2010-2014) qui a visé à nous doter de moyens (connaissances, outils) d'évaluation des impacts de politiques urbaines de végétalisation des espaces privés et collectifs. Un riche consortium composé de groupes de recherche et de bureaux d'études a permis sur son volet observation (un volet modélisation était aussi présent dans ce projet), de faire un état de l'art et de recenser, via des enquêtes, des pratiques du végétal urbain ; via la télédétection, d'explicitier la place occupée par la végétation en lien avec l'espace bâti et de définir ses caractéristiques et sa représentation spatiale sur Nantes (Figure 12).

Acquisitions hyperspectrales sur Nantes du 21/05/2010

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 3 : Image acquise par télédétection hyperspectrale</figcaption></figure>

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

G1: Fraxinus excelsior, Betula verrucosa, Quercus robur; G2: Quercus palustris, Acer negundo, Catalpa biglobuloides; G3: Salix babylonica, Lonicera nitida, Planus occidentalis; G4: Lippia didambar styraciflua, Quercus coccinea; G6: Pinus radiate, Pinus pinea; G7: Cedrus atlantica; G8: Pinus sylvestris, Cupressus arizonica; G9: lawn; G10: degraded lawn; G11: shaded lawn; G13: other plants; G5: Prunus cerardifolia, Acer rubra; G12: Sedum

Figure 10 : Résultats de l'analyse des images acquises par télédétection hyperspectrale, d'après (Kassouk and Launeau, 2012)

<caption>Figure 12. Observation et caractérisation de la végétation urbaine à partir de moyens de télédétection</caption>
Dans le cadre du précédent programme de recherche deux campagnes de mesures atmosphériques, FluxSAP 2010 et 2012 ont été programmées. Elles ont eu pour objectif de quantifier l'importance de la végétation dans les flux de chaleur et de vapeur d'eau d'un quartier mixte. Elles ont été réalisées autour du site d'observation hydro-météorologique permanente de l'Institut de recherche en sciences et techniques de la ville (IRSTV) et étaient principalement orientées vers la faisabilité de la mesure au-dessus d'un sol très hétérogène, en mettant en œuvre en parallèle cinq jeux de capteurs permettant potentiellement de mesurer ces flux et en évaluant leur origine. L'objectif était de séparer les contributions des différents modes d'occupation des sols.

**Le lien entre microclimat urbain et ressenti humain a fait l'objet de diverses études à Toulouse.** Dès 2010 avec le projet PIRVE « Formes urbaines, modes d'habiter et climat urbain dans le périurbain toulousain. Projet exploratoire de recherche interdisciplinaire. », et entre 2012 et 2016 à Paris, Marseille et Toulouse avec le programme ANR-EUREQUA<fnref n="48" />. Dans ces projets, méthodes de mesure physique et enquêtes (**Figure 13**) ont été déployées simultanément afin d'évaluer la perception et le ressenti d'habitants et usagers des espaces publics en différents lieux du quartier (Lemonsu et al. 2019; Haouès-Jouve et al. 2021).

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>**Figure 13.** Description du protocole instrumental pendant le projet EUREQUA. Structure portative pour les mesures de micrométéorologie (à gauche) et enquête itinérante (à droite) (source : Lemonsu et al. 2019)</figcaption></figure>

<footnote n="48">⁴⁸Haouès-Jouve S, Lemonsu A, Gauvreau B, Amossé A, Can A, Carissimo B, Gaudio N, Hidalgo J, Lopez-Rieux CX, Chouillou D, Richard E, Adolphe L, Berry-Chikhaoui I, Bouyer J, Challéat S, de Munck C, Dorier E, Guillaume G, Hoonaert S, Le Bras J, Legain D, Levy J-P, Masson V, Marry S, Nguyen-Luong D, Rojas Arias J-C, Gao Z (2021) EUREQUA project : an interdisciplinary and participative approach to assess urban environmental quality. *Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science*, accepted.</footnote>
4. De l'observation aux outils de modélisation

Les observations physiques proportionnent une information, bien que précise, spatiale et temporellement
partiale. Les études basées sur ces observations font ainsi face à la difficulté de décrire la dynamique spatiale et
temporelle de phénomènes comme l’îlot de chaleur urbain, Figure 14, le dôme urbain, la brise urbaine, le panache
urbain, ou encore les effets sur la brise marine, le brouillard ou la précipitation qui ont des caractéristiques spatiales et
temporelles particulières. Ces études sont ainsi souvent couplées à des exercices de modélisation numérique, où ces
données mesurées servent comme données d'entrée du modèle.

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Figure 14. Diverses représentations de la température de l'air pendant la campagne CAPITOUL. En haut à gauche, l'évolution journalière de la température de l'air sur différentes zones urbaines à partir de stations météorologiques. En haut à droite, évolution spatiale de la température de l'air à partir de transects d'avion. En bas, spatialisation de la température de l'air à partir de mesures de stations météorologiques (Source : Hidalgo et al. 2008a ; Toutai et al. 2020)
Les outils de simulation numériques ont l'avantage d'offrir une couverture spatiale exhaustive du domaine d'étude et permettent d'obtenir des informations aussi bien verticalement qu'horizontalement. Un autre avantage est qu'ils permettent d'explorer aussi bien des événements passés que des projections et scenarios futurs. Les équipes françaises sont très actives dans le développement de ces outils soutenues d'une part, par le besoin opérationnel d'améliorer la représentation de la surface urbaine dans les modèles de prévision du temps de Météo-France, et d'autre part, par le besoin d'améliorer la représentation de la surface urbaine dans les modèles climatiques portés par les équipes de modélisation du climat global, équipes qui sont très impliquées dans les exercices du GIEC. Masson et al. (2021), Lemonsu (2018) ont proposé des revues de l'état de l'art sur le développement de ces outils de modélisation mais je ne citerai ici que les principaux types de modèles actuellement utilisés et maintenus par les équipes françaises.

## 4.1 Les outils de modélisation

### 4.1.1 La modélisation géostatistique

Les techniques de modélisation spatiale permettent d'établir des relations entre les caractéristiques de surface (topographie, occupation du sol) et les variables météorologiques. Ces méthodes permettent de spatialiser les valeurs d'un paramètre mesuré, souvent la température de l'air, sur quelques postes météorologiques irrégulièrement répartis afin d'obtenir une valeur en tout point de l'espace. Avec l'émergence des outils de SIG et l'augmentation des capacités de calcul des ordinateurs, la spatialisation avec les méthodes statistiques multicritères a été utilisée dans de nombreuses études de la climatologie appliquée pour divers sujets, notamment l'agriculture, l'agroforesterie et les études en terrain complexe (Quenol, 2011).

L'application de ces méthodes de spatialisation de variables atmosphériques aux échelles fines nécessite des données fines décrivant les caractéristiques de surface comme les modèles numériques de terrain et les bases de données d'occupation du sol produits par l'IGN, l'Urban Atlas, ou encore récemment la base de données urbaine issue du projet ANR-MApUCE. Plusieurs outils de spatialisation des données atmosphériques issues de moyens de mesure éphémères ou pérennes ont été développés par les équipes de Rennes, Dijon et Toulouse (Touati et al. 2020 ; Joly 2018), **Figure 15**.

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>**Figure 15.** Exemple de données d'entrée (positionnement des données de la température de l'air, topographie, fraction urbaine) et résultat de la spatialisation via le plug-in développé par Touati et al. (2020)</figcaption></figure>
La modélisation géostatistique permet donc de mettre en relation des facteurs géographiques et environnementaux et a le grand avantage de la relative économie de temps et de puissance de calcul par rapport à d'autres méthodes de modélisation plus gourmandes. En effet les outils de modélisation géostatistique ne nécessitent pas de capacités de calcul importantes et un simple PC portable peut aujourd'hui résoudre les calculs en quelques minutes. Les principaux désavantages sont, d'une part, la résolution de lecture des cartes résultantes qui ne peuvent pas être faites à la maille, elle doit rester plus large, par exemple l'échelle du quartier pour la Figure précédente. D'autre part, le manque de prise en considération de la circulation atmosphérique qui peut être un facteur déterminant des conditions microclimatiques à un instant T pour des villes côtières ou proches du relief.

Des modèles physiques de dynamique de fluides permettent de surpasser ces limitations et de produire une représentation de la complexité des transferts entre le sol et l'atmosphère. Ces modèles sont utilisés depuis plusieurs décennies dans la prévision du temps et dans les exercices de projections climatiques. L'augmentation considérable de la puissance de calcul a permis l'amélioration de leur résolution spatiale et leur complexité avec une représentation de la surface de plus en plus adaptée aux études en milieu urbain.

### 4.2.2 La modélisation dynamique

Il existe plusieurs familles de modèles physiques qui permettent d'aborder les phénomènes météorologiques et climatiques à différentes échelles urbaines, de celle de toute la ville à celle d'un aménagement ou d'une rue. En fonction de l'étendue du domaine d'étude (ville, quartier, rue) la résolution spatiale, le besoin en données de surface et la physique du code numérique varient. Ces modèles ont l'avantage d'accéder à des données atmosphériques sur un continuum 3D, de pouvoir calculer des grandeurs difficilement mesurables (comme les flux turbulents par exemple ou les échanges de chaleur et humidité) et permettent d'évaluer aussi bien des scenarios d'urbanisation que climatiques. Cette stratégie est donc de plus en plus utilisée pour quantifier les effets de certaines stratégies d'adaptation comme l'introduction de végétation, la modification des formes urbaines ou encore l'utilisation de matériaux innovants.

Plusieurs modèles français permettent d'effectuer une modélisation du bilan radiatif à l'échelle de la rue ou d'un aménagement (Figure 16) comme le modèle SOLENE (Groleau, 1998) élaboré au CERMA de Nantes ou le modèle DART<fnref n="49" /> développé au CESBIO par exemple.

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>**Figure 16.** A gauche, exemple d'interface du modèle SOLENE pour le calcul de l'ensoleillement et à droite exemple de simulation d'image de radiométrie en bleu/blanc/rouge à partir du modèle DART (Sources : Groleau, 2000 et site web du modèle DART)</figcaption></figure>

<footnote n="49">⁴⁹ https://www.cesbio.cnrs.fr/dart/</footnote>
Pour la suite je vais me concentrer sur les modèles numériques qui permettent de produire des diagnostics atmosphériques et de consommation d'énergie à l'échelle urbaine, car ces outils sont les plus à même d'alimenter en données les études associées aux exercices et aux outils de planification urbaine.

Météo-France est à l'origine du modèle Town Energy Balance (TEB, Masson 2000), modèle qui permet d'effectuer des simulations à l'échelle urbaine avec une résolution horizontale kilométrique voire hectométrique. Ce modèle a permis des avancées significatives dans la modélisation des processus de surface, du microclimat dans la rue, de la dynamique temporelle et de l'intensité de l'îlot de chaleur urbain. Ce modèle urbain peut travailler de façon autonome mais il peut être intégré à une plateforme de modélisation appelé SURFEX (Masson et al., 2012) qui permet de représenter la ville dans son environnement naturel. Quand SURFEX est en plus couplé à un modèle atmosphérique à méso-échelle (échelle régionale), il permet de représenter des interactions avec l'atmosphère au-dessous (Figure 17). Ceci est nécessaire par exemple sur des configurations orographiques complexes ou près des zones côtières où des brises générées ailleurs peuvent fortement modifier les conditions microclimatiques locales. En France le modèle Meso-NH (Lac et al., 2018) est souvent utilisé mais d'autres modèles à méso-échelle comme WRF sont également utilisés notamment par les équipes de Dijon et Strasbourg (Kholer et al. 2017 ; Kholer et al. 2016).

Le modèle TEB a été en constante évolution depuis ses origines. Des travaux au CNRM ont permis l'amélioration de la prise en compte des interactions entre surfaces bâties et végétation. Diverses collaborations avec des équipes nationales et étrangères ont également été mises en place afin d'améliorer chacune des composantes du modèle. Par exemple, des collaborations ont été établies avec les chercheurs en hydrologie de l'IFSSTAR (Stavropulos-Laffaille, 2018) pour tenir compte de la présence d'eau et de neige sur les routes et les toits ; avec des architectes du laboratoire de recherche en architecture de Toulouse (Tornay, 2017) pour tenir compte des matériaux et techniques constructives dans les différentes régions françaises ; ou encore avec des sociologues du LATTS (Schoetter, 2017) pour tenir compte de la typologie d'usager et la consommation d'énergie des ménages dans leur résidence.

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Figure 17. A gauche schéma de présentation du modèle Méso-NH couplé à SURFEx. A droite les différentes paramétrisations physiques prises en compte dans le modèle urbain TEB (Source : Foucart, 2019 ; Météo-France)</figcaption></figure>
En s'appuyant sur ce modèle, plusieurs projets de recherche ont permis de produire des connaissances sur divers phénomènes du climat urbain et même d'arriver à une version opérationnelle au service des collectivités territoriales. Ils ont été ainsi étudiés :

* La caractérisation de l'ICU et de la couche limite urbaine à Strasbourg (Kastendeuch, 2010).

* Les Interactions entre l'ICU et la brise marine (Lemonsu et al., 2006) ou encore la génération de la brise urbaine à Paris (Lemonsu and Masson, 2002) et Toulouse (Hidalgo et al. 2008a and 2008b).

* Cet outil a également été utilisé pour évaluer l'impact des scenarios climatiques et d'aménagement sur le confort d'été avec ou sans évolution dans le temps de la surface urbaine (EPICEA (2008-2010)<fnref n="50" />, CLIM2 (2009-2010)<fnref n="51" />, ANR-VURCA (2009-2012)<fnref n="52" />, ANR-MUSCADE (2009-2011)<fnref n="53" />, RTRA-ACCLIMAT (2010-2012)<fnref n="54" />).

* Le projet RTRA-ACCLIMAT (2010-2012) a permis de proposer une plateforme multi modèles (évolution microclimatique en fonction de l'évolution du climat régional, de la tâche urbaine et de techniques constructives et de rénovation) nommée CLUE. La plateforme CLUE de Météo France est passée aujourd'hui en phase opérationnelle aux bureaux d'études de Météo-France qui ont déjà proposé plusieurs projets aux villes de Strasbourg, Marseille et Lille.

* Des simulations microclimatiques ont été produites dans le cadre du projet de recherche ANR-MapUCE (2015-2019) pour une cinquantaine de villes en France (Schoetter et al. 2019, Gardes et al., 2020). Dans ce cadre des informations concernant l'îlot de chaleur urbain pour deux situations météorologiques (types de temps) favorables à son développement et des informations sur la direction et intensité du vent sont disponibles. Plusieurs projets de recherche ont été depuis développés et ont permis d'améliorer certains de ses outils : le projet ADEME-PAENDORA (2017-2019) et (EU-URCLIM 2018-2020)

<footnote n="50">50 http://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article271</footnote>

<footnote n="51">51 http://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article370</footnote>

<footnote n="52">52 http://www.cnrm.meteo.fr/ville.climat/spip.php?rubrique45</footnote>

<footnote n="53">53 http://www.cnrm.meteo.fr/ville.climat/spip.php?rubrique48</footnote>

<footnote n="54">54 http://www.cnrm.meteo.fr/ville.climat/spip.php?rubrique46</footnote>
5. Discussion

Le projet ANR-MApUCE fut un moment charnière dans la production de données urbaines et climatiques par la recherche. Les études précédentes citées dans cet état de l'art, avaient permis d'étudier les caractéristiques microclimatiques d'environ une dizaine de villes sur lesquelles il y avait une expertise locale sur le sujet. Ces études avaient également été nécessaires pour mettre au point différentes approches méthodologiques, en particulier le développement des outils de modélisation climatique à l'échelle urbaine comme SURFEX/TEB du CNRM.

Entre 2015 et 2019, le consortium autour du projet ANR-MApUCE met en place de nouvelles méthodes de production de données décrivant la surface urbaine, ce qui permet de produire des simulations microclimatiques pour n'importe quelle ville en France. En effet, la modélisation du climat urbain nécessite des bases de données de plusieurs résolutions et natures (atmosphériques, de terrain, urbaines) en fonction des processus étudiés et du modèle. Certaines de ces données doivent être géospatiales afin de définir les caractéristiques de l'urbanisation (morphologie du bâti notamment) et l'occupation du sol. D'autres données peuvent provenir de bases de données non spatiales à l'origine et la spatialisation se fait directement sur l'étape de modélisation. Ce fut le cas lors des simulations MApUCE avec la base de données architecturale Danube développée par le LRA et le LMDC.

Dans le cadre de la modélisation climatique, il est crucial d'accéder aux informations permettant de caractériser les matériaux urbains et leurs propriétés thermo-radiatives. Cette description n'était pas généralisable avant le projet et la faisabilité a été testée sur le panel de cinquante villes lors du projet MApUCE. Pour cela, il a été nécessaire de développer une méthode de traitement automatique d'indicateurs décrivant le tissu urbain et l'occupation du sol (Bocher et al., 2018) qui est devenu depuis l'outil GeoClimate (Bocher et al. 2021).

La BD-MApUCE issue de ce traitement, contient un ensemble d'indicateurs calculés à trois échelles spatiales correspondant au bâtiment, au bloc de bâtiments et à l'îlot sur la base d'un jeu de données d'entrée de 2014 fourni par les instituts français de statistique (INSEE-Recensement) et de géographie (IGN-BDTOPO V2.2, BD Parcellaire). Les îlots sont délimités par le réseau routier, le réseau hydrographique et d'autres éléments qui segmentent l'espace comme les surfaces de végétation. Les indicateurs au niveau des îlots sont disponibles en libre accès sur : http://data.orbisgis.org/# ; 64 indicateurs sont disponibles. Ils sont organisés en 5 catégories : les nombre d'éléments (bâtiments, blocs), les caractéristiques de surface (par exemple, densité de surface des bâtiments, végétation et routes), les distances (distance entre les bâtiments, entre les bâtiments et les routes pour chaque bloc, etc.), la forme (volume du bâtiment, compacité du bloc et hauteur moyenne d'immeubles par îlot, etc.) et enfin la catégorie « autres » regroupant les indicateurs pertinents dans le contexte d'études de microclimat urbain et architectural (volume passif, direction principale, intérieur cours, etc.).

A partir de cet ensemble d'indicateurs morphologiques et d'occupation des sols, plusieurs indicateurs ont été dérivés pour produire des classifications du tissu urbain utiles à l'analyse microclimatique. En particulier les indicateurs morphologiques précédemment mentionnés ont été utilisés pour identifier automatiquement 10 archétypes représentatifs de la plupart des bâtiments français (Tornay et al., 2017) et une typologie complémentaire appelée « Local Climate Zones, LCZ » (Hidalgo et al. 2018b) qui prend en compte la disposition des bâtiments au sein des quartiers et leurs impacts microclimatiques potentiels. Cette typologie est couramment utilisée par les climatologues urbains et a commencé à être utilisée au niveau opérationnel par plusieurs villes en France, comme Paris, Nancy ou Toulouse (Dumas, 2017).

Pour ces archétypes, des données décrivant la matérialité et les techniques constructives sont organisées dans la base de données Danube précédemment introduite. Cette base de données a été construite en croisant la typologie de bâtiment, l'usage, la zone géographique et la date de construction, et en associant à ces combinaisons des solutions constructives cohérentes avec l'évolution de l'architecture et des réglementations urbaines successives.
Le développement et le croisement de ces deux jeux de données (BD-MApUCE et BD-Danube) ont été indispensables pour la démocratisation des applications micro-climatiques concernant la caractérisation thermique et aéraulique des milieux urbanisés et ceci non seulement en France mais aussi à l'international. En effet, le projet international WUDAPT<fnref n="55" /> qui a pour objectif de fournir des paramètres et propriétés urbains pertinents pour les modèles de climat global et les modèles à méso-échelle s'est inspiré de la méthodologie mise en place pendant MApUCE<fnref n="56" />.

Ces dernières années, plusieurs programmes institutionnels ont accompagné la création de projets de recherche de plus en plus interdisciplinaires et appliqués, créant un terreau favorable à l'émergence de ce type de projets.

Créé en novembre 2006 par le CNRS en partenariat avec le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable des Transports et du Logement (MEDDTL)<fnref n="57" />, le programme PIRVE (Programme Interdisciplinaire de Recherche Ville et Environnement (2008-2012)) a soutenu des projets se situant à l'interface des sciences humaines et sociales et des autres grands champs disciplinaires concernés par l'étude des milieux urbanisés et l'environnement : sciences de l'environnement, de la vie, de l'ingénieur, de la terre et de l'atmosphère. Dans le contexte Toulousain, ce programme a permis en 2010 une première rencontre entre chercheurs du CNRM et du LISST autour du projet « Formes urbaines, modes d'habiter et climat urbain dans le périurbain toulousain. Projet exploratoire de recherche interdisciplinaire ».

Dans le cadre des collaborations CNRM-LISST autour du duo climat & urbanisme, deux autres appels à projets de recherche ont été importants. L'Agence Nationale de la Recherche (ANR) avait lancé entre 2010 et 2013 plusieurs programmes dédiés aux questions de Ville Durable. Ce programme est devenu ensuite Bâtiments et Villes durables et a financé en 2014 le projet MApUCE.

L'ADEME a été un autre bailleur de fonds important pour nous avec des programmes de recherche appliqués. L'appel MODEVAL-URBA (2014-2019) a financé le projet PAENDORA (2017-2019) qui avait pour objectif de rendre opératifs un certain nombre de résultats du projet MApUCE et tout récemment, l'appel PACTE2 en 2021, a financé le projet PAENDORA2 pour la période 2022-2024.

La production de la donnée climatique spatiale à l'échelle urbaine reste encore à la portée de quelques groupes très peu nombreux de recherche et des bureaux d'étude de Météo-France. Nous avons néanmoins aujourd'hui des outils de modélisation et des données d'occupation du sol et de description de la surface urbaine suffisamment fines pour créer des diagnostics géographiques et microclimatiques spatiaux (de stress thermique, d'îlot de chaleur urbain, de ventilation). Ceci est important pour que n'importe quelle ville puisse, si elle en a la volonté, aborder la question de l'adaptation à la hausse de températures sur son territoire.

<footnote n="55">55 https://www.wudapt.org/</footnote>

<footnote n="56">56 http://cger.nies.go.jp/gcp/pdf/gcp-wudapt-workshop-program-jun2016/ching.pdf pg 23</footnote>

<footnote n="57">57 Deux services de recherche du Ministère (le Plan Urbanisme Construction Architecture / PUCA et la Direction de la Recherche et de l'Innovation / DRI)</footnote>
# Synthèse de la PARTIE II

## L'intention de la partie II

Cette deuxième partie avait pour objectif d'illustrer comment les recherches en climatologie urbaine rencontrent les nouvelles injonctions réglementaires en termes de climat à l'échelle urbaine, en particulier pour ce qui relève de la gestion du confort d'été et du risque de températures extrêmes. L'échelle d'analyse était ici nationale et cette partie a donc un rôle de mise en contexte – scientifique et opérationnel- des recherches effectuées sur la cartographie climatique, qui sont présentées en partie III de ce mémoire.

## Les moyens mis en œuvre

Cette Partie II prend appui sur des collaborations avec Marie-Laure Lambert, juriste de l'environnement au laboratoire LIEU à Aix en Provence, avec Sinda Houès-Jouve, géographe urbaniste au LISST et les équipes de Toulouse métropole et l'agence d'urbanisme. Il a été ainsi nécessaire de travailler sur l'analyse du cadre réglementaire et du cadre opérationnel d'élaboration des outils d'urbanisme. Il a été également nécessaire de faire un état de l'art des travaux de la communauté de recherche en climatologie urbaine basé sur la lecture bibliographique et des entretiens. Les ressources issues des travaux associés à cette Partie II sont les suivants.

* **2020** Touchard O., Haouès-Jouve S., **Hidalgo J.** et Bretagne G. Kit des données clés de l'adaptation. Diagnostiquer l'adaptation au changement climatique dans les documents d'urbanisme. ADEME. https://www.ademe.fr/kit-donneescles-ladaptation

* **2019** Lambert ML, **Hidalgo J**, Masson V, Bretagne G et Haouès-Jouve S, Urbanisme et (micro-) climat. Outils et recommandations générales pour les documents de planification. Guide Méthodologique issu du projet MapUCE

* **2017** Lambert ML, Demazeux C et Gallafrio M. Fiches-outils: Le PLU(i), Règlement du PLU(i) https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354285v1

* **2013** Lambert-Habib M. L., **Hidalgo J.**, Fedele C., Lemonsu A. and Bernard, C. How is climatic adaptation of cities taken into account by legal tools? – Focus on the introduction of water and vegetation in the French town planning documents. Urban Climate (4), 16-34 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212095513000102
## Les messages clés

* Depuis une vingtaine d'années, l'évolution réglementaire a permis la création d'un contexte favorable à la prise en compte des enjeux climatiques et énergétiques à l'échelle locale. Des outils spécifiques comme le PCAET ont été créés et les outils de planification réglementaire, SCoT et PLU, ont aujourd'hui les fondements juridiques nécessaires pour encadrer cette prise en compte du climat local et les enjeux qui lui sont associés chaque fois qu'ils seront portés politiquement dans ce sens.

* A l'échelle urbaine le PLU(i) est le document central en matière d'urbanisme et mes recherches ont eu pour objectif l'étude du contexte juridique et technique de ce document.

* Les recherches en climatologie urbaine en France sont riches et diversifiées. Les sujets étudiés sont principalement, l'impact de la surface urbaine dans son atmosphère proche aux échelles de temps météorologiques et climatiques ; l'évolution climatique locale en lien avec l'évolution climatique à plus grande échelle ; les études à l'interface entre les sciences du climat et les études urbaines (planification urbaine, aménagement, politiques urbaines) ayant pour objectif la maîtrise de l'impact de l'urbanisation sur l'atmosphère et les études à l'interface entre les sciences du climat et de la santé.

* Ces équipes ont pu développer des études de climatologie urbaine de caractère fondamental (étude des phénomènes à partir de la mesure et la modélisation) et appliquées (en collaboration avec les acteurs de l'urbanisme) pour environ une dizaine de villes. Le projet ANR-MApUCE (2015-2019) fut néanmoins un moment charnière dans la production de données urbaines et climatiques par la recherche. Ce consortium a mis en place de nouvelles méthodes de production de données décrivant la surface urbaine, ce qui permet de produire des simulations microclimatiques pour n'importe quelle ville en France.

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

DOCUMENTS D'URBANISME

## Des données climatiques... au diagnostic cartographique utile en planification urbaine

La production de connaissances n'est qu'un des aspects nécessaires à la mise en place des plans d'adaptation. La partie III de ce mémoire explore un autre de ces aspects, les techniques d'analyse, visualisation, de mise en forme et traduction des résultats des simulations climatiques pour qu'elles puisent être pris en compte dans un document d'urbanisme. Ce chantier autour de la cartographie climatique était au cœur de mon projet de
# Partie III: Une contribution aux recherches à l'interface entre sciences du climat et l'urbanisme via leur dimension cartographique

## Chapitre Premier : Vue d'ensemble des travaux portés sur la cartographie climatique

### 1. La cartographie à visée opérationnelle est un champ mature pour un certain nombre d'enjeux environnementaux mais c'est un champ de recherche émergeant pour le climat

Dans cette Partie III je vais aborder la question de la cartographie climatique à visée opérationnelle. Je m'intéresse à chercher comment les techniques de spatialisation et visualisation de données atmosphériques peuvent venir abonder une pratique cartographique qui a déjà fait ses épreuves pour rendre opératoires dans les pratiques d'urbanisme d'autres enjeux environnementaux.

Je m'intéresse plus particulièrement aux conditions nécessaires à sa production et à la diversité de représentations qui peuvent être explorées pour répondre aux différents objectifs, comme par exemple, représenter graphiquement un phénomène physique, ou encore, produire un support de médiation qui facilite la co-construction en transdisciplinarité d'un diagnostic microclimatique, d'une représentation spatiale des enjeux, voire d'un projet urbain.

D'une manière générale, la cartographie d'aide à la décision en aménagement et urbanisme s'est beaucoup développée au cours des cinquante dernières années. Déjà dans l'année 2000, Steinberg discutait cette évolution du point de vue de la sémiologie graphique des cartes et plans réglementaires, des cartes d'occupation et d'utilisation du sol, des cartes des aptitudes et contraintes des territoires, de l'environnement et des risques naturels et technologiques, etc...

En effet, l'émergence des techniques d'informatique graphique, des systèmes d'informations géographiques (SIG) et de la télédétection, ont permis de produire des données spatiales adaptées aux démarches d'aide à la décision des collectivités locales : cadastres et réseaux intra-urbains, systèmes de transport, données socio-démographiques, données sur le logement, sur les activités économiques, etc. La collecte de données et le développement d'outils de modélisation environnementaux sont venus rajouter une myriade de données de nature et résolutions diverses qui peuvent être combinées ou croisées aux données précédemment citées.

Les travaux de recherche ont toujours permis de nourrir les méthodologies utilisées pour l'élaboration des documents graphiques opérationnels<fnref n="58" />. Dans le cadre de la gestion des enjeux environnementaux, c'est le cas par exemple, des Plans d'Exposition aux Risques (PER), des cartes en lien avec la trame verte ou l'agriculture, la qualité et ressources en eau, la qualité de l'air ou encore les nuisances sonores.

Afin de garantir l'homogénéité et l'interopérabilité des productions de données et cartographies, la Commission interministérielle de validation des données pour une information spatialisée (COVADIS) et le Conseil

<footnote n="58">⁵⁸ Ministère de l'Équipement, ministère de l'Environnement, *Environnement et aménagement : cartes utiles*</footnote>
national de l'information géographique (la CNIG) développent des standards qui ont pour but de faciliter les échanges entre les différents acteurs du domaine de l'urbanisme.

Ces standards sont très précis et vont proposer plusieurs types de recommandations : un modèle conceptuel des données (Figure 18), un catalogue d'objets et son implémentation ; les règles d'organisation et de codification des données (notamment le format, l'organisation et le nommage des fichiers) ; les règles de topologie (la structuration des données spatiales) ; le système de géoréférencement (l'attribution de coordonnées géographiques).

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Figure 18. Le modèle conceptuel de données du plan local d'urbanisme est décrit ici à l'aide du formalisme UML<fnref n="59" /></figcaption></figure>

Il existe un standard de 2017 pour le Plan Local d'Urbanisme qui va fixer le modèle conceptuel, le catalogue de données recommandées et la description des types énumérés (Tabelau 8). Ce travail de description consiste à associer à chaque objet ses définitions sémantiques (sens) et géométriques (forme).

<footnote n="59">⁵⁹ Langage de Modélisation Unifié, de l'anglais *Unified Modeling Language* (UML), est un langage de modélisation graphique à base de pictogrammes conçu comme une méthode normalisée de visualisation dans les domaines du développement logiciel et en conception orientée objet.</footnote>
<table><caption>Tableau 8. Premiers éléments du tableau d'éléments libellés « InformationUrbaType » dans le Standard PLU V2017</caption><thead><tr><th>Code</th><th>Sous Code</th><th>Libellé</th><th>Références législatives du code de l'urbanisme</th><th>Références réglementaires du code de l'urbanisme</th></tr></thead><tbody><tr><td>01</td><td>00</td><td>Espace boisé classé</td><td>L113-1</td><td>R151-31 1°</td></tr><tr><td>01</td><td>01</td><td>Espace boisé classé à protéger ou conserver</td><td>L113-1</td><td>R151-31 1°</td></tr><tr><td>01</td><td>02</td><td>Espace boisé classé à créer</td><td>L113-1</td><td>R151-31 1°</td></tr><tr><td>01</td><td>03</td><td>Espace boisé classé significatif au titre de la loi littoral</td><td>L121-27</td><td></td></tr><tr><td>02</td><td>00</td><td>Limitations de la constructibilité pour des raisons environnementales, de risques, d'intérêt général</td><td></td><td>R151-31 2° et R151-34 1°</td></tr><tr><td>02</td><td>01</td><td>Secteur avec interdiction de constructibilité pour des raisons environnementales, de risques, d'intérêt général</td><td></td><td>R151-31 2°</td></tr><tr><td>02</td><td>02</td><td>Secteur avec conditions spéciales de constructibilité pour des raisons environnementales, de risques, d'intérêt général</td><td></td><td>R151-34 1°</td></tr><tr><td>03</td><td>00</td><td>Secteur avec disposition de reconstruction / démolition¹</td><td>L151-10</td><td>R151-34 3°</td></tr></tbody></table>

Dans le cadre de la production de la cartographie climatique, nous sommes encore loin de cette standardisation et opérationnalisation de données.

Si la cartographie a pour objectif de représenter graphiquement et de visualiser une réalité spatiale géolocalisée, nous l'avons vu dans la Partie II de ce mémoire, l'accès aux données microclimatiques permettant de mettre en lumière cette réalité spatiale est très récente. Nous sommes ainsi encore au stade d'exploration et de recherche dans le champ de la visualisation et de la cartographie climatique, bien qu'il existe déjà quelques propositions méthodologiques claires et établies.

## 2. Diverses approches cartographiques été proposées et ont fait leurs épreuves avec Toulouse comme terrain d'application

Comme nous le verrons dans le chapitre suivant, il existe toute une lignée de travaux internationaux initiés par des équipes de recherche allemandes et diffusés à travers le monde. Ce processus de diffusion a été grandement poussé par le dynamisme des équipes de recherche asiatiques, surtout au Japon et ensuite en Chine.

Dans le cadre des projets ANR-MApUCE (2014-2019) et ADEME-PAENDORA (2017-2019), nous avons testé différentes approches cartographiques. Tout d'abord une approche « par la surface » qui consiste à caractériser la surface urbaine du point de vue microclimatique (inspirée des approches allemande et asiatique) en base à des climatopes<fnref n="60" />. Ensuite, à travers une approche « par l'atmosphère » qui tire parti des compétences fortes que nous avons en France en modélisation microclimatique, et qui permet d'identifier les zones à enjeux en croisant données atmosphériques d'une part et expertise urbanistique de l'autre. Pour finir, nous avons exploré le potentiel des modèles graphiques en base à un langage chorémathique pour monter en généralité du point de vue territorial.

<footnote n="60">⁶⁰ Les climatopes sont des zones présentant des caractéristiques microclimatiques similaires. Ils diffèrent notamment par leur courbe de température journalière, la rugosité verticale (perturbations du champ de vent), la position et l'exposition topographiques et par le type d'occupation du sol.</footnote>
## 2.1 Cartes d'analyse climatique en base à des données de surface et recommandations génériques de prise en compte du microclimat urbain dans la planification et aménagement urbains

Le travail de recherche que j'ai porté autour de la cartographie a mobilisé différents collectifs. En tout début de projet, j'ai établi une collaboration avec la School of Architecture of The Chinese University of Hong Kong (CUHK) qui a une équipe de référence sur les questions de cartographie climatique. Cette équipe est reconnue pour avoir produit des cartes climatiques et des recommandations en base à des climatopes pour plusieurs villes chinoises et quelques villes européennes (Ng and Ren, 2015).

Depuis que la norme allemande VDI 3787-Part 1 devint une référence internationale les climatopes sont l'information de référence pour analyser la surface urbaine dans le cadre conceptuel des cartes climatiques. Néanmoins, l'accessibilité et une plus grande objectivité dans la production des cartes de zones climatiques locales, a fait de ces dernières une représentation incontournable de la surface urbanisée dans les études de climatologie urbaine. Les zones climatiques locales permettent une comparaison plus aisée entre villes ce qui facilite une montée en généricité du point de vue des approches méthodologiques. Nous avons alors dans un article conjoint (Yin et al. 202X) exploré pour Toulouse, le potentiel en termes de recommandations, de croiser l'information concernant les climatopes et les zones climatiques locales.

Une carte de climatopes a été produite par l'équipe hongkongaise et, à l'aide de la carte en zones climatiques locales que nous avions déjà produite pour une autre étude (Hidalgo et al. 2018b), un croisement des informations climatopes/LCZ et des données microclimatiques de température de l'air, de température radiante, de stress thermique et de vent a été produit et analysé. L'information détaillée du travail statistique et cartographique est présentée en détail dans l'article Yin et al. (202X) présent dans le TOME III, mais j'introduis ici brièvement les trois cartes principales.

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**Figure 19.** Carte d'analyse climatique urbaine basée sur le VDI 3787-Part 1 montrant les zones correspondantes et les pourcentages de chaque climatope par rapport à la surface totale de Toulouse Métropole</figcaption></figure>
Dans la *Figure 19*, il est possible d'observer que le climatope dominant à Toulouse est le *terrain ouvert* (Open Land caractérisé par grandes prairies et zones agricoles peu arborées), qui couvre 34 % de la Métropole toulousaine et est principalement distribué dans les communes de deuxième et troisième couronne. La majorité des utilisations des terres dans le climatope *terrain ouvert* sont l'agriculture et les pâturages. Le *climatope urbain* (City) est la deuxième classe en importance, constitué d'un tissu urbain dense discontinu (la plupart constitué d'habitat résidentiel) avec un niveau d'imperméabilisation compris entre 50% et 80%. Le *climatope urbain* s'étend le long de la voie ferrée au nord-est et se retrouve également dans les communes periurbaines du sud-ouest. Le modèle spatial du *climatope commercial/industriel* est réparti le long des principales lignes de circulation (en gris sur la carte). Le climatope concernant le *centre ancien* (Inner City) possède un tissu urbain continu avec un taux d'imperméabilisation supérieur à 80%. Ce climatope est concentré sur la commune de Toulouse, dépeignant un noyau urbain très net dans le centre de Toulouse entre le fleuve (La Garonne) et la gare ferroviaire centrale. À l'exception d'une vaste zone de forêts dans le coin ouest de la région, les autres climatopes qui contiennent de la végétation arborée/arbustive (Forest, Urban Green, Garden city) sont constitués de parcelles éparses.

La carte des zones climatiques urbaines apporte une lecture complémentaire du territoire qui est plus axée sur l'occupation du sol, la forme urbaine et la densité du bâti. Comme le montre la *Figure 20*, le résultat de la classification LCZ indique que les bâtiments de faible hauteur (LCZ 6), la végétation basse (LCZ D) et les grandes ensembles commerciaux ou industriels de faible hauteur (LCZ 8) sont trois typologies significativement dominantes à Toulouse. La LCZ 6 est principalement composée de terrains avec des logements individuels en zone périurbaine. La LCZ 8 est éparpillée le long des routes principales et des voies ferrées et est couverte de grands blocs commerciaux et industriels. La foret de Bouconne composée principalement de zones boisées est identifiée à l'ouest, tandis que la LCZ B, caractérisées par des arbres éparses, est éparpillée sur tout le territoire mais faiblement présente sur la métropole toulousaine. Les LCZ les plus impermeabilisées et urbanisées, c'est-à-dire LCZ 1/2/3 et LCZ 4/5, sont regroupées au cœur de la commune de Toulouse.

Ce type de carte permet de voir que, même si la Métropole toulousaine est une agglomération à faible densité, la tendance à l'étalement urbain résultant de la croissance de l'habitat individuel et de l'expansion des zones commerciales et industrielles n'est pas à négliger dans le potentiel impact que l'urbanisation a dans son atmosphère proche en termes de température de l'air, de niveau de stress thermique et de perturbation du régime de vent.
<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>**Figure 20.** Carte des zones climatiques locales (LCZ) groupées de la Métropole toulousaine et les pourcentages de surface pour chaque groupe de LCZ</figcaption></figure>

La carte qui croise les informations entre les climatopes et les LCZ (Figure 21) et la Figure 22 permet d'apprécier l'hétérogénéité spatiale en termes d'occupation du sol, de hauteur du bâti et de sa densité au sein de chaque climatope. Les LCZ prédominantes dans chaque climatope sont définies comme le pourcentage cumulé de plus de 75 % (indiqué par la ligne pointillée dans le Figure 22) trié de la plus grande à la plus petite composante. Les climatopes *périurbain* (Suburban) et *urbain* (City) indiquent une seule LCZ dominante, des structures ouvertes de faible hauteur (LCZ 6). Même si les LCZ 6 et 8 sont les principaux types dans les climatopes Garden City<fnref n="61" /> et Commercial/Industrie, la superficie de la LCZ 8 dans le climatope Garden City est trop petite pour des comparaisons significatives, ne représentant que 0,11 % de la superficie de la Métropole toulousaine. Par conséquent, la LCZ dominante dans le climatope Garden City est considérée comme la LCZ 6. Le climatope concernant le *centre ancien* (Inner City) est dominé par tous les types de LCZ construites (1-6). Une telle situation dominée par plusieurs LCZ existe également dans les climatopes de type naturel tels que les climatopes de terrain ouvert, de forêt et les parcs urbains (Urban green), qui se composent principalement des LCZ A, D/E, 6 et 8.

<footnote n="61">⁶¹ correspondant à ce qu'on entend par cité-jardin avec des bâtiments de un à trois étages et de nombreux espaces verts</footnote>
<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Figure 21. Carte synthétique et corrélations spatiales entre les climatopes et les LCZ.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>**Figure 22.** Proportion de LCZs dans les différents climatopes</figcaption></figure>

Un travail statistique qui croise cette analyse de la surface urbaine avec les données des simulations microclimatiques pour Toulouse a permis une première ébauche de recommandations. Ces recommandations très génériques sur l'utilisation des divers leviers d'action classiques face au risque de températures extrêmes en milieu urbain (végétalisation, maîtrise de l'étalement urbain, forme urbaine, matériaux, ...) n'étaient pas spatialisées. Ce qui signifie que pour un même type de climatope ou de LCZ, les recommandations sont les mêmes, peu importe où se situe cette zones sur le territoire.

Cette première étude a été utile à une meilleure compréhension de la structure urbaine et de l'occupation du sol du territoire depuis une focale microclimatique. Les premières recommandations ont également été utiles pour commencer à faire le lien entre la structure de l'urbanisation et les potentielles actions à entreprendre mais ont la limite forte de ne pas être territorialisées. Néanmoins, dans l'article que nous avons écrit nous démontrons bien la variabilité thermique et aéraulique des différents climatopes et LCZ en fonction de leur localisation géographique (Figure 23). Un travail d'identification de zones à enjeux spatialisés qui permette d'imaginer des recommandation territorialisées s'est avéré nécessaire et a été développé d'une manière presque concomitante.
<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>**Figure 23.** Distribution de la température de l'air modélisée, Tair, à 2 m au-dessus du sol pour différents climatopes au cours de la nuit</figcaption></figure>

## 2.2 Cartes d'analyse climatiques à partir de données atmosphériques et recommandations territorialisées

Un travail de recherche-action a été réalisé en collaboration avec, au LISST, Najla Touati (ingénieur en géomatique et cartographie), Laurent Jegou (Maître de Conférences en cartographie et géomatique), Sinda Houès-Jouve (Maîtresse de Conférences en urbanisme et aménagement) ; également, Valéry Masson et Robert Schoetter (chercheurs en climatologie urbaine) du CNRM ; et sur trois journées d'études, avec le groupe de cartographes constitué autour des ateliers Geo-Visu. L'agence d'urbanisme de Toulouse et les directions de l'environnement et de la réglementation urbaine de Toulouse Métropole faisaient partie de l'équipe d'acteurs opérationnels impliqués dans le projet.

Ce travail cartographique et de territorialisation des recommandations est présenté en profondeur dans le chapitre suivant et il a permis de tester plusieurs types de représentations cartographiques des données climatiques (carte d'analyse pixelisée, carte de zones à enjeux à base de croquis, carte à l'échelle communale à l'îlot). La **Figure 24** pour le phénomène d'îlot de chaleur urbain nocturne est ici donnée à titre d'exemple mais ce travail a également été développé pour le niveau de stress thermique diurne et pour les conditions aérauliques.

L'analyse microclimatique basée sur ces jeux de cartes et des ateliers organisés avec les services de Toulouse Métropole ont permis d'identifier quatre types de zones à enjeux pour le territoire toulousain - le centre historique, les faubourgs, les centres-villes des communes de première couronne ; les zones commerciales et d'activité – et ont permis de réfléchir à des recommandations spécifiques en matière d'urbanisme, tant pour ces quatre zones, que par levier d'action (végétation, eau, matériaux, forme urbaine, ...). Ces recommandations ont été regroupées dans un guide de recommandations édité par Toulouse Métropole à destination de ses services et des personnels en charge de la planification et de l'aménagement urbains intitulé « Prise en compte du climat dans la construction de la métropole de demain »<fnref n="62" />. Les cartes à l'échelle communale ont été éditées par l'agence d'urbanisme sous forme d'Atlas<fnref n="63" />. Ces deux productions sont en libre disposition sur les sites institutionnels de Toulouse Métropole et de l'agence d'urbanisme respectivement.

Ce travail a inspiré le volet cartographique de la thèse de Zohra Mhedbi (2016-2021) dont le terrain d'application était Tunis. Ici, le défi était la rareté de données urbaines et météorologiques nécessaires à la modélisation. Cette question du manque de données pour la cartographie climatique est discutée dans l'article Mhedbi et al (202X) présenté dans le TOME III de ce dossier.

<footnote n="62">⁶² https://www.toulouse-metropole.fr/documents/10180/26954502/Guide_ICU_priseencompteclimaturbain+2021.pdf/d71ceaa2-8839-4c83-8669-cdc85545b675</footnote>

<footnote n="63">⁶³ https://www.aua-toulouse.org/atlas-climatique/</footnote>
<figure><img src="image_36.png" /></figure>

Aucamville

ICU nocturne

Jour de référence TTS 9

ICU nocturne

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Intensité de l'ilot de
chaleur urbain à l'USR

Reperes

exposition négligeable

Bati

exposition non négligeable

Hydrographie

exposition forte

Végétation

P

Mairie

Indice Universel de Confort Thermique (UTCI)

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

pas de stress thermique

Chaleur modérée - moyen

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

Chaleur modérée - bas

Chaleur modérée - haut

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

SOURCES : BD-MAPUCE (2015),
Données climatiques (CNRM, LISST, 2018),
Couche végétation (aua/T-2016)

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

© aua/T 2019

22 aua/T Adans climatiques sur l'indirrémit de Toulouse Métropole

**Figure 24.** Cartes climatiques à partir de données de simulation d'îlot de chaleur urbain nocturne pour Toulouse Métropole. En haut à gauche, carte d'analyse avec une présentation pixelisée ; en haut à droite carte de zones à enjeux à base de croquis ; en bas carte à l'échelle communale où l'information climatique a été projetée sur l'îlot urbain. (Réalisation cartographique : Najla Touati et moi-même pour les deux premières cartes ; Arnaud Mayis de l'aua/T avec l'appui du LISST pour la dernière)
## 2.3 Cartes climatiques en base à une représentation chorématique

### 2.3.1 A la recherche d'une régularité spatiale dans les phénomènes microclimatiques

Lors du projet MApUCE des simulations microclimatiques ont été produites pour une cinquantaine de villes. Le cadre méthodologique de réalisation de cartes climatiques proposé pour Toulouse et présenté en détail dans le chapitre suivant, peut évidemment être appliqué à ce panel. Néanmoins, il est possible que nous n'ayons pas l'expertise locale et/ou les moyens et le temps pour appliquer cette approche.

Un travail d'analyse spatial de la forme de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour le panel de cinquante villes, a montré une régularité en ce qui concerne : leur forme en termes de leur homogénéité (la pureté de l'Unité Urbaine au regard de sa structure parcellaire/mosiacée) ; leur complexité (l'irrégularité de la forme basée sur des patchs individuels) ; leur profondeur (la largeur des patchs individuels se référant aux dimensions de la forme du patch) et leur fragmentation & isolation (qui fait référence à l'étendue de la dispersion des patchs entre les classes).

Un travail d'analyse statistique a permis de grouper les villes en quatre grandes classes, Paris étant dans une cinquième classe à part (Figure 25). Le premier groupe est caractérisé par un ICU fort (>3°C) et très compact. La forme du masque est interrompue par des fleuves/plans d'eau qui traversent le cœur des villes (Figure 26). Le deuxième groupe est caractérisé par un masque hautement dispersé et fragmenté (Figure 27). Les deux autres groupes présentent un îlot de chaleur urbain d'intensité et étendue faibles (Figure 28) voire inexistant pour les conditions météorologiques simulées (Figure 29) dû à la petite taille des villes ou à leur proximité côtière.

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Figure 25. Analyse statistique (clusterisation PAM) de la forme spatiale de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour le panel de villes du projet ANR-MApUCE (Source : Suher, 2021)</figcaption></figure>
4.1.2.1. Cluster 1 – Concentrated High Intensity

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>**Figure 26.** Carte de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour Orleans et pour les autres villes du groupe 1 (Source : Suher, 2021)</figcaption></figure>
4.1.2.3. Cluster 3 - Dispersed High Intensity

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>Figure 25 – Map of Urban Units with Metz
France, Basemap Source: Esri, DeLorme, HERE, TomTom, Intermap, increment P Corp., GEBCO, USGS, FAO, NPS, NRCAN, GeoBase, IGN, Kadaster NL, Ordnance Survey, Esri Japan, METI, Esri China (Hong Kong), swisstopo, MapmyIndia, and the GIS User Community</figcaption></figure>

<caption>Figure 24 – Metz</caption>

Metz Basemap Source: Open Street Map & Geofabrik
https://download.geofabrik.de/europe/france/lorraine.html

**Figure 27.** Carte de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour Metz et pour les autres villes du deuxième groupe en intensité et étendue de l'îlot de chaleur urbain (Source : Suher, 2021)
<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>**Figure 28.** Carte de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour Lorient et pour les autres villes du troisième groupe en intensité et étendue de l'îlot de chaleur urbain (Source : Suher, 2021)</figcaption></figure>
4.1.2.4. Cluster 4 – Dispersed Cool Zones

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

**Figure 29.** Carte de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour Toulon et pour les autres villes du dernier groupe en termes d'intensité et étendue de l'îlot de chaleur urbain (Source : Suher, 2021)
Cette régularité dans la forme et l'intensité de l'îlot de chaleur urbain observée lors des différents groupes de
villes permet une montée en généralité et une réflexion sur les recommandations et les leviers d'action pour l'adaptation
à la hausse des températures. Si bien ces recommandations ne seront pas complètement territorialisées, l'identification
des zones à enjeux peut permettre d'identifier, dans un premier temps, les leviers mobilisables pour ensuite les affiner
en fonction de la réalité du terrain et des pratiques urbanistiques locales.

2.3.2. Représentation cartographique des phénomènes de stress thermique diurne et d'îlot de chaleur nocturne à l'aide de modèles graphiques

Nous avons travaillé sur une représentation cartographique des phénomènes de stress thermique diurne et d'îlot de chaleur nocturne à l'aide de modèles graphiques, en particulier à partir de chorèmes. Ce travail a fait l'objet d'un article (Jegou et al. 202X) et d'un mémoire de stage Master II qui a produit un article court (Suher, 2021) qui sont présentés dans le TOME III de ce dossier.

La méthode chorématique a marqué un tournant dans la géographie et la représentation cartographique en France au début des années 1980 (Figure 30), par ses apports et les controverses et débats qu'elle a suscités (cf. le 76e numéro de la revue Hérodote, publié en 1995). Néanmoins, en tant que méthode et processus de réflexion sur les phénomènes spatiaux, son intérêt n'est pas remis en cause et il constitue la base de recherches dans plusieurs domaines (cf. Lardon et Houdart, 2017 ; Casanova Enault et Chatel, 2017 ; Garbolino et Voiron-Canicio, 2020).

La chorématique est une méthode d'analyse spatiale, c'est-à-dire « l'étude formalisée de la configuration et des
propriétés de l'espace des sociétés » (extrait du Dictionnaire de la géographie de Lévy et Lussault, 2013). Ces
configurations, motifs, structures ou formes spatiales récurrentes peuvent être intégrés à des théories et modèles du
fonctionnement et de l'évolution des systèmes (d'après D. Pumain pour le dictionnaire en ligne Hypergéo, 2004).
Développée à l'origine dans le cadre de la géographie régionale et de modélisation, la méthode chorématique s'est
étendue à d'autres domaines liés à la géographie, tels que l'urbanisme et l'aménagement du territoire, la prospective
territoriale et la géopolitique.

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

Source : R. Brunet, Mappemonde 86/4, 1986

<caption>Figure 30. La première table de chorèmes proposée par Brunet (1986)</caption>

Comment la méthode chorématique peut-elle s'inscrire dans ce processus de production de cartes pour analyser
le climat urbain et réfléchir à des recommandations ? Premièrement, les cartes d'analyse sont une synthèse de plusieurs
cartes thématiques, combinant différents indicateurs sur les caractéristiques climatiques et la géographie de la ville.
Chacune de ces cartes peut potentiellement être modélisée comme une structure de base, qui peut être modélisée
graphiquement par un chorème. La combinaison de chorèmes dans un UC-AnMap synthétique peut ensuite suivre la