méthode chorématique de définition et de test d'éléments spécifiques pour obtenir des structures dérivées et un modèle graphique final.

A) Une proposition de modèles graphiques pour le groupe 1 représenté par Orléans

Toulouse fait partie du groupe 1. Nous avons donc commencé par prendre comme base de réflexion les cartes présentées en **Figure 31** et les caractéristiques générales de l'îlot de chaleur urbain dans ce premier groupe de villes. L'ICU présente une structure spatiale concentrique classique, avec une partie centrale présentant une forte exposition et une zone périphérique avec un niveau d'exposition non négligeable auxquelles il faut faire attention du point de vue de l'urbanisation. Plusieurs surfaces naturelles ont un rôle thermorégulateur ainsi que la présence d'un fleuve qui traversant le cœur de la ville.

Pour nous climatologues, les enjeux cruciaux sont les étendues spatiales de ces zones, ainsi que leur évolution (ligne de passage), les contraintes, les impacts et leur relation avec le terrain géographique (les zones de régulation thermique et le fleuve). Pour en tenir compte, différents modèles graphiques de base ont été sélectionnés et testés. Ils ont constitué le point de départ de la méthode chorématique et de la légende de l'illustration qui en a résulté.

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Conception : N. Touati, 2021

<caption>Figure 31. Modèle d'îlot de chaleur urbain (UHI) étape 1 : les structures de base (Source : Jegou et al. 2021)</caption>

La deuxième étape a consisté à déterminer les modificateurs des structures de base et à les exprimer graphiquement à l'aide de variantes des chorèmes. La forme de l'ICU se complexifie par la présence d'une urbanisation plus diffuse en banlieue et les zones périurbaines.

La zone de contact entre les différentes zones de niveaux d'exposition, la ligne de basculement, est au centre de la représentation, et cette zone de contact est dynamique.

Les zones de régulation thermique (les zones vertes et bleues) sont déformées par le relief et l'effet de bassin versant. L'effet du fleuve a un impact important sur le centre-ville. Ces modifications ont été modélisées graphiquement, produisant les modèles graphiques de la colonne du milieu de la **Figure 32**.

Ensuite, ces modificateurs ont été appliqués aux structures de base pour produire des modèles plus pertinents de la situation, des modèles qui représentent plus efficacement l'interprétation des indicateurs : l'ICU avec des zones périphériques, une zone de transition, des modèles de refroidissement dynamiques et un effet de rivière mitigé dans le centre-ville.
<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>**Figure 32.** Étapes 2 et 3 du modèle d'îlot de chaleur urbain : modificateurs et structures dérivées (Source : Jegou et al. 2021 ; réalisation, Najla Touati)</figcaption></figure>

Le modèle théorique obtenu à l'issue de cette troisième étape représente plus fidèlement la situation. Sa forme générale reste circulaire et abstraite ; par conséquent, la dernière étape a consisté à l'affiner pour qu'il ressemble davantage à la forme et à la disposition de l'agglomération. Ce modèle exprime, de manière synthétique et spatiale, les principaux enjeux de l'ICU à Toulouse et peut offrir une base de discussion entre chercheurs et acteurs de l'urbanisme équivalente à celle produite à partir d'une modélisation physique et présentée en **Figure 33**.

<figure><img src="image_50.png" /><figcaption>**Figure 33.** Dernière étape du modèle d'îlot de chaleur urbain : adaptation à la forme générale de l'agglomération toulousaine. (Source : Jegou et al. 2021)</figcaption></figure>
Ce même travail a été développé pour l'information sur le stress thermique diurne. Les chorèmes de base utilisés pour le processus de modélisation étaient approximativement les mêmes que ceux utilisés pour l'ICU ; les structures spatiales impliquées s'articulaient autour des mêmes schémas : centre-périphérie, évolutions ponctuelles, axes de propagation, contacts et bassins versants.

<figure><img src="image_51.png" /><figcaption>**Figure 34.** Dernière étape du modèle d'îlot de chaleur urbain : adaptation à la forme générale de l'agglomération toulousaine. (Source : Jegou et al. 2021)</figcaption></figure>

Le modèle graphique final montre que les communes périphériques sont moins impactées que dans l'analyse de l'ICU précédente et que la tension d'inconfort thermique est plus élevée entre l'îlot central frais et la première couronne de banlieue.

Comme évoqué, la méthode chorématique permet également de communiquer des recommandations issues d'analyses des enjeux climatiques urbains précédents. Des cartes de recommandations ont été produites (Figure 35), en s'appuyant sur les analyses de l'ICU et du confort thermique. Ces modèles graphiques se complètent pour exprimer des conseils et des moyens d'atténuer les problèmes climatiques survenant de jour (confort thermique) et de nuit (UHI) à l'échelle de l'agglomération.

Ces cartes de recommandations utilisent le même processus de modélisation graphique que les précédentes. Une sorte de résumé exécutif a été conçu en fournissant une seule image avec une légende expansive. Cette conception doit être appuyée d'un texte descriptif ou d'une présentation des chorèmes de base, de leur combinaison et des recommandations qui en découlent. Pour atténuer la différence cognitive entre une carte classique et un modèle de formulaire simplifié, un tableau de comparaison doit également être fourni.
<figure><img src="image_52.png" /><figcaption>**Figure 35.** Modèles graphiques de recommandations pour l'îlot de chaleur nocturne (à gauche) et le niveau de stress thermique diurne (à droite). (Source : Jegou et al. 2021)</figcaption></figure>

Un des points forts de ces modèles est leur capacité à représenter non seulement une structure statique mais aussi sa dynamique. Sur la base de ces dynamiques et tendances, des leviers d'action et domaines d'intervention peuvent être détectés plus facilement, ce qui facilite la proposition de recommandations.

**Cette proposition est-elle valide pour le reste de villes du groupe 1 ?** Pour la représentation de Toulouse, quatre éléments ont été utilisés pour former la structure de base. Ensuite, des éléments modificateurs ont été introduits qui ont eu un effet de transformation en tant que processus dynamique. Ainsi, les centres-villes environnants ont émergé comme des nœuds d'attraction ICU dans les périphéries. Les zones en tension, en tant que zones de contact d'intensités ICU différentes, formaient les zones de transition. L'effet de bassin ajouté sur les zones de régulation thermique a constitué les zones fraîches. Avec l'influence de la topographie et du centre-ville, l'effet fleuve connaît un ralentissement. Au final, les structures dérivées combinées ont formé le modèle théorique de Toulouse (Jégou et al., 2021).

Orléans, qui est la ville « représentative » du cluster 1, vérifie effectivement les caractéristiques spécifiques mises en avant par le modèle de Toulouse : une forte intensité UHI concentrée au cœur et une structure hiérarchique centre-périphérie ; l'effet fleuve formé par un plan d'eau traversant la ville ; etc.
B) Une proposition de modèles graphiques pour le groupe 2 représenté par Metz

Ce travail est présenté dans l'article court Suher (2021), présent dans la le TOME III de ce dossier qui présente une réflexion sur la proposition de modèles graphiques pour le deuxième groupe de villes qui vont subir un îlot de chaleur important mais caractérisé par un masque plus disperse et fragmenté à cause de contraintes topographiques et le réseau routier. Un modèle graphique a été ainsi réalisé pour la ville de Metz, comme cas représentatif du groupe (Figure 36).

Ce groupe présente un niveau de complexité spatiale plus élevé et donc des chorèmes supplémentaires ont été suggérés en complément de ceux utilisés pour le groupe 1. Ceci a été fait en combinant les chorèmes de Brunet (1986), Casanova-Enault&Chatel (2017), Cheylan (2007).

<figure><img src="image_53.png" /><figcaption>Figure 36. Représentation chorématique de l'analyse de l'ICU de Metz</figcaption></figure>
La configuration spatiale des hautes intensités est représentée par des interactions territoriales sous forme de connexions radiales et d'alignements orbitaux (premier niveau dans la **Figure 36**). Suite à l'interaction entre les nœuds, la tendance à s'étendre et à s'unir autour des noyaux d'intensité a été représentée à travers les zones d'influence (deuxième niveau).

Les zones de régulation thermique, ont été illustrées avec leur impact limitant sur l'étalement de l'intensité dans les parties ouest et est de l'Unité Urbaine. Cela s'est également traduit par un ralentissement de la connexion des zones d'influence entre le cœur et les centres satellites du Nord.

Enfin, tout en perturbant l'intensité de l'ICU dans les noyaux, l'effet de refroidissement des plans d'eau s'est ralenti avec la densité d'activités et de développement dans le noyau urbain. Grâce à la combinaison de ces effets transformateurs avec le modèle de base, le modèle théorique de Metz a été obtenu.

Ce modèle théorique a permis d'imaginer une carte de recommandations et quelques propositions pour la gestion de l'effet ICU pour la ville de Metz. Des recommandations ont été proposées dans le schéma d'un modèle graphique avec l'utilisation d'éléments chorématiques précédemment employés (Figure 37).

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

Conception: M. Suher-Carthy, 2021

<caption>**Figure 37.** Représentation chorématique des recommandations pour la gestion de l'ICU de Metz</caption>
3. Conclusion

Ce travail sur la cartographie a été initié en 2015 et a nécessité plusieurs collaborations nationales et internationales qui ont permis de tester des approches complémentaires. Cette exploration des différents univers cartographiques a ainsi été progressive :

* Elle commence tout d'abord par explorer des représentations de l'information urbaine classiquement utilisées en climatologie urbaine en base à des climatopes et des zones climatiques locales qui ont permis une première lecture du territoire en fonction de l'occupation du sol, la densité du bâti, la forme urbaine et sa fonction ainsi qu'un premier niveau de recommandations génériques.

* Cette exploration exploite ensuite le potentiel des données de modélisation atmosphérique à l'échelle urbaine pour produire des cartes d'analyse utiles à l'identification de phénomènes microclimatiques (l'îlot de chaleur urbain, les zones de fraîcheur tant le jour comme la nuit et les caractéristiques aérauliques). Une représentation en forme de croquis, plus proche des modes de représentation cartographique dans le monde opérationnel, a permis d'identifier des zones à enjeux et de réfléchir avec les services de la collectivité à des recommandations territorialisées sur le périmètre de Toulouse Métropole.

* Pour finir, nous avons cherché à identifier des régularités spatiales dans les phénomènes microclimatiques sur le panel de villes dont on dispose de données de modélisation. Quatre typologies d'îlot de chaleur urbain ont été identifiées pour les villes françaises. Des modèles théoriques d'analyse et de recommandations en base à une représentation chorématique ont été proposés pour les deux groupes présentant un îlot de chaleur bien développé.

Afin de donner un aperçu très concret du travail technique et de recherche-action développé, je présente en profondeur dans le chapitre suivant, le travail réalisé pour aboutir aux cartes des zones à enjeux et aux recommandations territorialisées pour Toulouse. Ce travail, comme tout le travail cartographique ici présenté, découle d'une recherche collective et interdisciplinaire. Je fais le choix de présenter en priorité cet article car je suis première auteure, à différence des deux autres blocs de travail (climatopes et chorèmes) où ce sont mes collègues qui portent les articles scientifiques associés. Voici pour rappel le titre et auteurs de ce travail :

✓ **2021a** Melis S. Translation of Urban Climate Information Using Chorematic Representation: Case of French Cities. Master Erasmus Mundi MURCS short paper.

✓ **2021b** Melis S. Translation of Urban Climate Information Using Chorematic Representation: Case of French Cities. Master Erasmus Mundi MURCS manuscript.

✓ **202X Hidalgo J.**, Najla Touati, Sinda Haouès-Jouve, Laurent Jegou, Genevieve Bretagne, Erwan Bocher, Valéry Masson, Arnaud Mayis, Renaud Jougla, Gwendall Petit, Robert Schoetter, collectif GEO-VISU. Mapping the urban climate for summer comfort management in urban planning: climate analysis and semiology of graphics. Cybergeo, Open Edition, submitted

✓ **202X Jégou, L., Najla Touati, Julia Hidalgo.** Proposals for the use of graphical models in urban climatic maps. Cybergeo, Open Edition, submitted

✓ **202X Mhedhbi Z., Julia Hidalgo, Cécile Demunck, Sinda Haouès-Jouve, Najla Touati, Valéry Masson.** Tool adjustments to support climate adaptation in urban planning for southern cities: The case of Greater Tunis, Tunisia Cybergeo, Open Edition, submitted

✓ **202X Shi Yin, Chao Ren, Xuyi Zhang, Julia Hidalgo, Robert Schoetter, Yu Ting Kwok, Kevin Ka-Lun Lau.** Potential of Synthetizing Climatopes and Local Climate Zones for Urban Climatic Planning Recommendations: A Case Study in Toulouse, France. Cybergeo, Open Edition, submitted
# Deuxième chapitre :
Cartographier le climat urbain pour la gestion du confort d'été en urbanisme : de l'analyse climatique et la sémiologie graphique aux recommandations

## 1. Introduction

En Europe, les années 1990 ont vu à la fois l'émergence d'un urbanisme qualifié de durable et la généralisation des systèmes d'information géographique au sein des collectivités territoriales. Ainsi, les services techniques des villes s'emploient à collecter, stocker, traiter, analyser et représenter différents types de données spatiales et géographiques portant sur des éléments et des enjeux aussi divers que l'eau, le bruit, la végétation, la biodiversité ou la qualité de l'air. L'objectif général est de mettre en valeur les aménités environnementales des territoires et d'identifier et de localiser les nuisances et les risques environnementaux. La caractérisation des conditions climatiques locales, qui fut pourtant un sujet important de l'urbanisme moderne au XIXème siècle, est restée jusqu'à une date récente à l'écart de cette dynamique. Avec la prise de conscience du changement climatique et l'obligation faite aux villes d'engager des stratégies d'atténuation, mais aussi d'adaptation aux nouveaux risques urbains associés, le climat est en passe de retrouver une place de choix dans l'urbanisme. Dans ce contexte, un certain nombre de collectivités à travers le monde tentent de se saisir des données et de l'expertise climatiques, que ce soit pour les produire, les adapter ou les visualiser, de manière à mieux les intégrer dans les différents exercices de planification et d'aménagement urbains (Ng et Ren, 2015, Hidalgo et al., 2019).

En France, bien que relativement en retard par rapport aux pays pionniers comme l'Allemagne, Israël ou le Japon, depuis les dernières évolutions réglementaires, la lutte contre le changement climatique et l'adaptation à celui-ci deviennent des objectifs explicites des Plans Locaux d'Urbanisme (PLU)<fnref n="64" />. L'élément majeur a été l'apparition des Plans Climat Air Énergie Territoriaux (PCAET). Ces plans ont instauré l'obligation (pour les villes de plus de 50 000 habitants en 2012 et pour celles de plus de 20 000 habitants en 2018) d'établir des diagnostics environnementaux et des actions aussi bien d'atténuation que d'adaptation au changement climatique, en plus d'intégrer la problématique de la qualité de l'air. De plus, la loi de 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte a renforcé l'articulation entre les PCAET et les PLU. Désormais, le PLU doit être directement compatible avec le PCAET<fnref n="65" /> associé au moment de son élaboration ou dans un délai de trois ans lorsque le PCAET est approuvé après l'approbation du PLU. Par conséquent, le contenu des rapports environnementaux inclus dans ces documents est en train d'évoluer afin de mieux prendre en compte le double objectif de mise en place de politiques d'atténuation et d'adaptation climatique à l'échelle locale (Lambert et al., 2019).

Le manque de connaissances fines à l'échelle territoriale, à la fois sur les effets locaux de l'évolution du climat régional et mondial à long terme et sur les modifications microclimatiques engendrées par l'urbanisation, rend difficile la prise en compte de tous les aspects pertinents du sujet lors de l'étape de diagnostic. Ainsi, ces aspects sont souvent abordés indirectement (soit comme thématique transversale au même titre que la santé ou le cadre de vie, soit comme une composante de l'environnement regroupée parfois avec la qualité de l'air et le bruit sous la rubrique « santé environnementale »<fnref n="66" />).

Comme nous l'avons vu dans la PARTIE II de ce manuscrit, en France, le développement de méthodes et de techniques permettant un traitement rigoureux des questions microclimatiques dans le cadre d'un exercice d'urbanisme est très récent. L'engagement sur la question climatique dépend fortement aussi bien des partenariats établis à l'échelle locale entre urbanistes et chercheurs en urbanisme, voire bureaux d'études, que des compétences techniques acquises au sein des collectivités territoriales ou des équipes spécialisées qui les accompagnent. Un tel engagement fait généralement suite à l'élaboration d'un document d'urbanisme et/ou d'un PCAET, dont la section sur l'adaptation offre l'occasion de décrire et d'expliquer l'évolution observée et attendue du climat régional et local grâce à une analyse de la

<footnote n="64">⁶⁴ En premier lieu, la loi Grenelle II portant engagement national sur l'environnement du 12 juillet 2010, puis la loi sur la transition énergétique pour la croissance verte n° 2015-992 du 17 août 2015</footnote>

<footnote n="65">⁶⁵ Modification de l'article L 123-1-9</footnote>

<footnote n="66">⁶⁶ CGDD, L'évaluation environnementale des documents d'urbanisme – Le guide, 2011</footnote>
vulnérabilité. Cependant, le contenu relatif au microclimat urbain reste peu fourni. Bien que l'on cite souvent les problèmes liés à la hausse générale des températures, à l'augmentation ou à la baisse de l'intensité des précipitations et à la récurrence du phénomène de l'îlot de chaleur urbain, aucune approche quantitative et/ou spatialisée n'a été systématiquement définie.

Nous l'avons vu, différentes sources de données climatiques sont actuellement disponibles pour les villes françaises. Certaines données sont issues de campagnes de mesures atmosphériques ponctuelles ou pérennes, d'autres sont obtenues par télédétection, et d'autres enfin sont générées par la modélisation numérique. En ce qui concerne les mesures atmosphériques, l'accès aux données atmosphériques à haute résolution spatiale issues des réseaux d'observation à l'échelle urbaine reste limité dans les villes françaises. Quelques campagnes de mesure ponctuelles plus ou moins longues ont vu le jour à Paris (ECLAP, nov. 1994 à mars 1995 et MEGAPOLI, été/hiver 2009/2010), Marseille (ESCOMPTE, été 2002), Toulouse (CAPITOUL, fév. 2004 à mars 2005) et Nancy (DIACLIMAP, 2013 à 2016). Depuis quelques années, des réseaux d'observation plus pérennes ont été mis en place. Ils sont entretenus et administrés par des équipes locales de chercheurs à Rennes (depuis 2006) et Dijon (depuis 2014) tandis qu'à Toulouse, un partenariat entre Météo-France et Toulouse Métropole a permis la mise en place depuis 2017 d'un monitoring du climat local en temps réel directement géré par la collectivité (Dumas et al., 2021). Les données de télédétection ou aéroportées ont le grand avantage de fournir une couverture spatiale très riche, mais l'accès uniquement à des variables caractérisant les surfaces urbaines (toitures et chaussées) représente une vraie limite pour la production d'indicateurs d'impact sur la santé ou la caractérisation spatiale et temporelle de phénomènes microclimatiques, comme l'îlot de chaleur urbain, qui sont caractéristiques de l'atmosphère à l'intérieur de la rue. Pourtant, la grande disponibilité de données satellitaires en France a fait que plusieurs collectivités se sont basées sur ce type de données pour leurs premières études de vulnérabilité microclimatique. C'est le cas par exemple de Paris<sup>67</sup>, Lyon<sup>68</sup> ou Bordeaux<sup>69</sup>. Enfin, l'accès à la modélisation climatique à l'échelle urbaine avec des résolutions horizontales intéressantes pour des applications en planification urbaine (entre 1 km et 250 m) est une réalité depuis une dizaine d'années pour des applications de recherche (Paris, Lemonsu et Masson 2002; Marseille, Pigeon et al. 2006; Toulouse, Hidalgo et al. 2008; Dijon, Vairet 2020) et ce type de modélisation commence à être disponible pour des projets de climatologie urbaine appliquée plus opérationnels<sup>70</sup>.

Actuellement en France, il y a un impératif de production de diagnostics microclimatiques possédant une couverture et une résolution spatiales adaptées à l'échelle de la planification urbaine et au cadre réglementaire national et territorial. Cependant, bon nombre de sources d'information climatique vont fortement dépendre du contexte scientifique et culturel des acteurs (chercheurs et parties prenantes) impliqués dans le projet. En observant ce qui se passe dans des pays ayant déjà mené des études de climatologie urbaine appliquée, il est possible d'identifier un point commun : l'utilisation systématique des approches cartographiques permettant de spatialiser l'information climatique à l'échelle du territoire concerné.

En effet, depuis près de trois décennies, des chercheurs en climatologie urbaine se sont lancés (souvent en partenariat avec les acteurs de l'urbanisme) dans l'élaboration de cartographies climatiques permettant d'enrichir le volet environnemental du diagnostic territorial et de guider, avec d'autres éléments, le processus de planification. Bien qu'apparues sous différentes appellations en fonction des pays et des échelles mobilisées, ces initiatives tendent aujourd'hui à converger autour de la dénomination générique de cartes climatiques urbaines (*Urban Climatic Map (UC-Map)*) (Ng and Ren, 2015). Le travail présenté ici s'inspire de cette série de travaux internationaux et poursuit deux objectifs principaux : adapter ce cadre méthodologique aux contextes juridique, scientifique et praxéologique français et explorer de nouvelles méthodes de représentation des données climatiques à des fins opérationnelles.

<footnote n="67">67 http://www.iau-idf.fr/environnement/changement-climatique/chaleur-sur-la-ville.html</footnote>

<footnote n="68">68 https://studylibfr.com/doc/2074584/grand-lyon</footnote>

<footnote n="69">69 https://www.aurba.org/productions/adapter-les-tissus-urbains-au-rechauffement-climatique/</footnote>

<footnote n="70">70 http://www.meteofrance.fr/documents/10192/22603710/DP_servicesclim.pdf</footnote>
## 2. Cadre théorique et méthodologique

Les cartes climatiques représentent à la fois un outil de diagnostic microclimatique du territoire urbain et un outil de traduction réglementaire des enjeux identifiés. Le Japon peut être cité comme l'un des pays les plus avancés dans ce domaine, avec des cartes climatiques des environnements urbains (Tanaka et al., 2009) élaborées dans certaines villes (Kobe, Osaka, Yokohama et Sakai). Ces dernières années, la Chine est également très active sur ce sujet. Même si les méthodologies sont spécifiques à chaque contexte local, il existe deux niveaux de cartes climatiques des environnements urbains : les « cartes d'analyse climatique » (CAM) et les « cartes de recommandations » (RM), correspondant à deux échelles de planification, celle de la ville (1 / 10 000) et celle du quartier (1 / 2 500).

En Europe, c'est l'Allemagne qui arrive en tête des expérimentations dans ce domaine, grâce notamment à un contexte réglementaire très favorable à la prise en compte de l'environnement dans l'urbanisme. Plusieurs villes de la Rhur, mais aussi Berlin ou Stuttgart, se sont dotées de cartes climatiques selon des modèles différenciés (cartes d'analyse climatique, cartes de fonctions synthétiques ou atlas environnementaux numériques) afin d'orienter leur planification urbaine. Plus récemment, les expériences du Japon et de l'Allemagne se sont diffusées à l'international, notamment à Hong Kong (Urban Climatic Map and Standards for Wind Environment - Feasibility Study, 2006), aux Pays-Bas (Arnhem, Burghardt et al. 2010), en Espagne (Bilbao, Acero, 2012) et dans de nombreux autres contextes géographiques (Iran, Suède, Suisse, Norvège, Grèce, Pologne, Brésil, Thaïlande, etc.).

Comme mentionné précédemment, l'appellation tend à converger vers la dénomination générique de carte climatique urbaine, avec deux niveaux d'information : la carte d'analyse climatique de l'environnement urbain (UC-AnMap) et la carte de recommandations pour l'aménagement urbain (UC-ReMap). Les grandes lignes du contenu de ces cartes ont tendance elles aussi à se normaliser en dépit d'un nécessaire ajustement aux contextes climatique, culturel, économique et urbain locaux. Les directives VDI 3787, publiées pour la première fois en 1997 par l'Association des ingénieurs allemands (VDI), sont devenues une référence internationale en la matière<sup>71</sup>. Enfin, une publication récente intitulée « The Urban Climatic Map, A Methodology for Sustainable Urban Planning » (Ng et Ren, 2015) contribue à la diffusion internationale de ces outils cartographiques, en formulant les bases scientifiques et techniques de ces outils et en explicitant des méthodes permettant de relier informations météorologiques, données de planification, d'occupation du sol, de topographie et de végétation.

### 2.1 Description générale de l'approche cartographique

Les cartes climatiques sont composées de deux niveaux d'information.

* **Le premier niveau est celui du diagnostic microclimatique.** Ce niveau rassemble des informations sur la météorologie, l'occupation du sol, la topographie et la végétation, en fonction desquelles leurs relations et leurs effets sur les vents et le confort thermique sont analysés et évalués spatialement. Ce diagnostic est donc basé sur un jeu de cartes, appelées couramment « cartes d'analyse » (la dénomination « cartes d'analyse thématiques » est actuellement à l'étude pour le français), et croisé avec des éléments de la planification (TVB, zonage, etc.). Les cartes d'analyse doivent permettre d'identifier un certain nombre de zones à enjeux d'un point de vue climatique. Du point de vue thermique, les zones à enjeux doivent être représentées suivant leur niveau de stress thermique quotidien et/ou d'intensité des îlots de chaleur urbains nocturnes. Ceci est corrélé

<footnote n="71"><sup>71</sup> « Ces directives décrivent comment présenter et évaluer sous forme de cartes des faits pertinents d'un point de vue climatologique pour les villes. De plus, elles expliquent comment utiliser les cartes de recommandations ainsi obtenues. Que ce soit au niveau territorial ou régional, ces cartes sont principalement destinées aux plans de zonage et plans locaux d'urbanisme. Dans un contexte de changement climatique et de justice environnementale, ces cartes recouvrent une importance grandissante. Le périmètre d'application de ces directives s'étend désormais à l'aménagement régional et n'est plus cantonné au seul niveau urbain. Elles encadrent l'utilisateur qui évalue la situation thermique et la qualité de l'air, ainsi que les effets des mesures de planification et d'aménagement. »
https://www.vdi.eu/nc/guidelines/vdi_3787 blatt_1-umweltmeteorologie_klima_und_lufthygienekarten_fuer_staedte_und_regionen_/)</footnote>
avec les typologies des zones urbaines, selon leur densité ou leur structure urbanistique, les espaces régulateurs de température, tels que les plans d'eau et la végétation, et les zones commerciales et/ou d'activité qui se caractérisent par une forte imperméabilisation du sol et une utilisation intensive de la climatisation. Du point de vue aéraulique, il est nécessaire d'identifier les couloirs de vent prédominants, les zones génératrices de brises de pente, les zones de production d'air frais (par exemple, présence de végétation et d'eau) ou d'air chaud (par exemple, les zones très minéralisées ou ayant recours à la climatisation) et les zones qui font obstacle au vent.

* **Le deuxième niveau permet une traduction réglementaire** qui apporte des orientations générales stratégiques et pratiques en matière d'urbanisme pour améliorer l'environnement thermique et aéraulique sur la base du diagnostic microclimatique et des contraintes de praticabilité. Cette traduction repose sur une « carte des recommandations » (« carte des zones à enjeux » est ici proposée pour le français) qui doit contenir des informations sur les zones à améliorer ou à préserver en termes de climat urbain et les mesures proposées.

Différentes approches existent pour la production d'un diagnostic microclimatique.

* **D'un point de vue thématique**, certaines approches sont davantage axées sur le « stress thermique », comme celle développée à Tokyo (Ashie et al., 2015), tandis que d'autres sont axées sur la « ventilation et la qualité de l'air », mettant l'accent sur le potentiel dynamique et l'information aéraulique. C'est souvent le cas dans les villes allemandes, où les problèmes de pollution atmosphérique sont plus importants et plus fréquents que les problèmes de stress thermique élevé. À Hong Kong, les diagnostics microclimatiques se concentrent sur le confort d'été et les deux aspects du stress thermique et de la ventilation sont explorés en raison de la topographie prononcée et de la proximité de la mer (Urban Climatic Map and Standards for Wind Environment - Feasibility Study, 2006⁷²).

* **En ce qui concerne les données mobilisées**, les villes des pays où cet outil a été couramment développé sont instrumentées d'un point de vue atmosphérique ou ont bénéficié de campagnes de mesures dans le cadre de programmes de recherche dédiés. Ces approches cherchent à établir des liens statistiques entre les conditions microclimatiques, l'occupation du sol et la morphologie urbaine. La caractérisation des surfaces urbanisées et topographiques prend donc une importance prédominante dans ce type d'analyse. En Allemagne, par exemple, l'occupation du sol est généralement la seule donnée utilisée pour obtenir une classification de l'espace physique dans différents « climatopes » représentant des zones avec des climats locaux supposés distincts (directives VDI 3787). Ensuite, les données de température ou de stress thermique sont utilisées pour les caractériser. Les données de vent sont utilisées pour définir les couloirs de ventilation, les zones de production d'air frais et les zones de blocage au vent. En revanche, pour Hong Kong, en raison de la morphologie urbaine complexe en termes de densité et de hauteur du bâti, d'autres paramètres comme la volumétrie des bâtiments doivent entrer en jeu (Urban Climatic Map and Standards for Wind Environment - Feasibility Study, 2006).

Ainsi, les choix techniques vont dépendre des enjeux climatiques locaux, des données disponibles sur la description de la ville et le climat urbain et du contexte scientifique et culturel des acteurs (chercheurs et parties prenantes) impliqués dans le projet.

<footnote>72</footnote>

<footnote>https://www.researchgate.net/publication/283806656_Final_Report_of_Hong_Kong_Urban_Climatic_Map_and_Standards_for_Wind_Environment-Feasibility_Study</footnote>
## 2.2 Adaptation aux spécificités françaises

L'objectif de cette étude a été de proposer des méthodes de représentation de l'information climatique qui, selon notre expérience, semblent adaptées aux enjeux climatiques et au cadre réglementaire des villes françaises.

Plusieurs choix méthodologiques ont donc été effectués.

* **Le premier choix consistait à se concentrer sur l'enjeu du stress thermique.** Il existe une grande variabilité climatique sur le territoire français qui se décline en fonction de la situation géographique et de la topographie. Plusieurs régimes climatiques peuvent être identifiés, notamment les climats océanique, méditerranéen, semi-continental et montagneux, ainsi que les régimes mixtes de ces climats (Joly et al., 2010). Les villes du Sud de la France présentent ainsi un climat plus doux qui peut entraîner un stress thermique tant le jour que la nuit. Ces situations avec un fort stress thermique sont également observées pour les villes continentales situées à l'est et au nord. Du point de vue de l'évolution du climat à long terme, une hausse des températures minimales et maximales est plus probable, tout comme l'augmentation de la fréquence, la durée et l'intensité des épisodes de vague de chaleur sur toute la France et en particulier sur le bassin méditerranéen<sup>73</sup>. L'évolution à moyen et long terme des autres paramètres atmosphériques comme la pluviométrie ou le vent est plus incertaine. Dans une logique de transfert rigoureux des connaissances scientifiques vers l'opérationnel, il semble pertinent de commencer par intégrer les connaissances des aléas climatiques les plus fiables, ce qui positionne l'enjeu du stress thermique comme un choix naturel pour cette première expérience. Ce choix est encore renforcé par la prise de conscience de cette problématique par le grand public suite à la vague de chaleur de 2003 et à celles qui se sont succédé de façon très rapprochée ces dernières années. Depuis 2015, de fortes vagues de chaleur se produisent presque chaque année en France<sup>74</sup>.

* **Le deuxième choix consistait à proposer des outils pour améliorer la mise en œuvre de politiques locales de gestion du climat urbain dans une démarche méthodologique générique applicable à l'échelle nationale.** Les programmes et mesures de gestion et d'adaptation climatiques qui seront à mettre en place dans les années à venir doivent être évidemment adaptés à la réalité de chaque terrain et élaborés en collaboration avec les acteurs locaux. Une certaine généricité est ici recherchée principalement à travers les aspects techniques concernant les méthodes cartographiques et les outils de traduction et de visualisation des données climatiques de la sphère des producteurs de données (chercheurs et bureaux d'études) vers la sphère opérationnelle.

L'accès à des données atmosphériques à haute résolution spatiale étant rare dans les villes françaises, le projet MApUCE (qui a créé une base de données regroupant une cinquantaine de villes) représente un vrai saut quantitatif du point de vue de la disponibilité des données sur la description de la ville et du climat urbain.

* **Les données de modélisation produites permettent un accès large et homogène aux données de température de l'air, de stress thermique, de vent, etc.** Ces informations s'appliquent à un large éventail de situations météorologiques et utilisent une représentation physique de la dynamique atmosphérique, ce qui n'est pas possible avec les approches statistiques utilisées, par exemple, en Allemagne ou à Hong Kong, qui supposent que les conditions microclimatiques en milieu urbain dépendent essentiellement de la surface. Ceci est vrai pour des situations atmosphériques très calmes et sans vent mais présente ses limites pour des situations de vent fort ou de transition ainsi que pour les villes soumises à des brises de montagne ou côtières.

<footnote n="73">73 https://www.ecologie.gouv.fr/impacts-du-changement-climatique-atmosphere-temperatures-et-precipitations</footnote>

<footnote n="74">74 http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/impacts-du-changement-climatique-sur-les-phenomenes-hydrometeorologiques/changement-climatique-et-canicules</footnote>
En ce sens, les données de modélisation constituent un outil puissant qui permet des diagnostics microclimatiques systémiques (surface-atmosphère).

* La base de données urbaine produite dans le cadre du projet facilite les simulations numériques, ainsi que l'interprétation et la compréhension des impacts de la surface sur son atmosphère proche.
L'occupation du sol permet de comprendre les caracteristiques de l'îlot de chaleur urbain. La hauteur et la contiguïté des éléments bâtis permettent par exemple d'identifier des barrières au vent ou au contraire de potentielles voies d'accélération.

Ceci permet de proposer des méthodologies génériques pour l'obtention de cartes climatiques qui serviront à alimenter l'étape de diagnostic d'un PLU ou PCAET. Dans le cadre de cette étude, les cartes d'analyse s'appuient sur des données de modélisation numérique du climat présentées dans la section suivante mais d'autres types de données, comme celles provenant des réseaux de mesures urbains, peuvent également être mobilisées si elles sont disponibles.

## 2.3 Co-construction méthodologique dans le cadre de l'élaboration du PLUi-H de Toulouse Métropole

Le programme de recherche MApUCE, « Modélisation Appliquée et droit de l'Urbanisme : Climat urbain et Énergie » a été financé sur la période 2014-2019 par l'Agence Nationale de la Recherche. Ce projet interdisciplinaire a mobilisé des chercheurs en climatologie (CNRM), des experts en bases de données urbaines (LABSTTIC et LIENSs), des architectes (LRA), des sociologues (LATTS), des juristes de l'environnement (LIEU) et des chercheurs en géographie urbaine (LISST). Ce riche partenariat de recherche intégrait également un associé institutionnel important : la Fédération Nationale d'Agences d'Urbanisme (FNAU), regroupant les 52 agences d'urbanisme françaises.

L'objectif général du projet était de produire des données et d'identifier des méthodes pour améliorer les démarches d'intégration des enjeux climatiques dans les politiques urbaines en France. Un premier grand volet s'est attaché à produire une base de données urbaine et, à partir de simulations numériques, des données quantitatives de microclimat urbain, climat et consommation d'énergie par habitat. Ces données ont été générées pour une cinquantaine de villes en France et ce jusqu'à l'échelle des quartiers. Un deuxième grand volet a permis d'explorer différentes méthodologies afin d'inscrire cette information dans les documents juridiques et les politiques urbaines les plus pertinentes au regard du cadre réglementaire français (Lambert-Habib et al., 2019) et des besoins exprimés par les agences d'urbanisme<sup>75</sup>. Le travail présenté dans cet article fait partie de ce deuxième volet, en particulier pour ce qui relève des méthodologies cartographiques de transmission et de communication de l'information urbaine et climatique.

La méthodologie de collaboration avec les collectivités territoriales s'est articulé comme suit. Une première phase de trois ans (2015-2018) s'est composé d'un suivi des réunions de travail du groupe Climat-Énergie lors de l'élaboration du PLU de Toulouse, d'une analyse scientifique de l'information climatique et de la production des éléments cartographiques. Ces ateliers ont réuni une vingtaine d'agents représentant chacun environ dix services (par exemple, le Plan Climat, le Service Planification Urbaine, la Direction du Logement et des Opérations, le DEE, le Département de l'Aménagement du Territoire - SPU, le Département de l'Aménagement du Territoire - SAE, le Service des espaces verts, la Prospective urbaine, la Gestion des milieux aquatiques et prévention des inondations, la Direction Gestion Mobilités Réseaux et le projet Toulouse Aerospace).

En outre, au cours de la période 2018-2019, trois ateliers sur la visualisation géographique ont été organisés avec le groupe de travail GEO-VISU, un groupe de cartographes français. Ces ateliers visaient à surmonter les obstacles à la représentation des données en cartographie/géomatique et à contribuer à la sémiologie, notamment en termes de collecte, de traitement, d'analyse et de représentation des données localisées urbaines et climatiques.

<footnote n="75">75 https://www.iau-idf.fr/fileadmin/DataStorage/Recherche/passeurrecherche/MApUCE_FNAU_livrable_tache43_150422_v26_2_.pdf</footnote>
### 3. Représentation du terrain et des données

La métropole toulousaine se trouve dans le sud-ouest de la France, compte une population de plus de 750 000 habitants et se compose de 37 communes (Figure 38) pour une surface de 118 km² (environ 16 km du nord au sud et 12 km d'ouest en est). La densité de population est d'environ 1 600 habitants/km², faisant de la métropole toulousaine l'une des plus étendues de France. Toulouse est considérée comme l'une des métropoles les plus agréables et attractives de France. Cependant, la population de la métropole a augmenté de façon significative, avec plus de 8 000 nouveaux habitants par an au cours des vingt dernières années. La topographie de cette zone est relativement douce, allant de 102 m à 273 m au-dessus du niveau de la mer et elle est principalement influencée par les vallées tributaires de la Garonne. Du fait de sa situation éloignée de l'océan et de son terrain plat, le rafraîchissement apporté par les brises marines et des vallées est très limité. Toulouse bénéficie d'un climat océanique dégradé, ce qui signifie qu'il présente un contraste saisonnier marqué. En été, il y a habituellement de grandes variations de température quotidiennes accompagnées de vents chauds orientés nord-ouest ou sud-ouest. Même si la température quotidienne varie généralement entre 15 °C le matin et 30 °C l'après-midi, des périodes de canicule avec des températures atteignant 40 °C se produisent fréquemment.

<figure><img src="image_55.png" /><figcaption>Figure 38. Emplacements des principaux toponymes cités dans la présente étude</figcaption></figure>
## 3.1 Données urbaines

Les données décrivant la surface urbaine proviennent de la base de données MApUCE alimentée grâce à l'automatisation des indicateurs décrivant le tissu urbain et l'occupation du sol (Bocher et al., 2018). Ils ne sont ici décrits que deux caractéristiques majeures de cette riche base de données urbaine, ainsi que les indicateurs utilisés dans le cadre de cette étude.

* **Échelles spatiales** : trois échelles spatiales sont disponibles. La base de données urbaine contient un ensemble d'indicateurs calculés à trois échelles spatiales correspondant au bâtiment, au bloc de bâtiments et à l'îlot (Figure 39) sur la base d'un jeu de données d'entrée de 2015 fourni par les instituts français de la statistique (Recensement INSEE) et de géographie (IGN-BDTOPO, BD Parcellaire)<fnref n="76" />). Les îlots sont délimités par le réseau routier, le réseau hydrographique et d'autres éléments segmentant l'espace. Les indicateurs à l'échelle de l'îlot sont disponibles sur un site Web en accès libre<fnref n="77" />.

* **Indicateurs** : 64 indicateurs sont disponibles. Ils sont organisés en cinq catégories : le nombre d'éléments (bâtiments, blocs), les caractéristiques de surface (densité surfacique des bâtiments, végétation, routes, etc.), les distances (distance entre les bâtiments, entre les bâtiments et les routes pour chaque îlot, etc.), la forme (volume du bâtiment, compacité du bloc et hauteur moyenne du bâti par îlot, etc.) et finalement la catégorie « autres » rassemblant des indicateurs pertinents dans le cadre des études associant microclimat urbain et architecture (volume passif, direction principale, cours intérieures, etc.).

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>**Figure 39.** Échelles spatiales utilisées dans le projet MApUCE : a) bâtiment, b) bloc et c) îlot, également appelé unité spatiale de référence (source : Hidalgo et al., 2018b)</figcaption></figure>

À partir de ce jeu d'indicateurs morphologiques et d'occupation du sol, plusieurs indicateurs dérivés ont été produits. Leur utilisation dans notre étude permet de faciliter la compréhension du tissu urbain à partir des sources suivantes.

* **Une analyse architecturale des bâtiments français** a été réalisée à partir des indicateurs morphologiques susmentionnés, de l'âge des bâtiments et de la zone géographique. Tornay et al. (2017) ont défini dix archétypes architecturaux représentatifs de la plupart des bâtiments français et attribuent une classe de typologie urbaine à chaque bâtiment de la base de données MApUCE. Le pourcentage de chaque archétype est ainsi disponible à l'échelle de l'îlot (Figure 40a). Cette information permet de spécifier les zones

<footnote n="76">76 Parcelles cadastrales en format vectoriel (http://professionnels.ign.fr/bdparcellaire)</footnote>

<footnote n="77">77 http://mapuce.orbisgis.org/#</footnote>
particulièrement exposées à des niveaux élevés de stress thermique pendant la journée ou aux effets de l'îlot de chaleur urbain pendant la nuit car ces typologies sont couramment utilisées par les architectes et les urbanistes.

* Une typologie complémentaire appelée « Zones climatiques locales » (Stewart et Oke, 2012) a également été produite par Hidalgo et al. (2018b) prenant en compte l'agencement des bâtiments dans les quartiers et leurs impacts microclimatiques potentiels. Cette typologie (Figure 40b) est couramment utilisée par la communauté de chercheurs en climatologie urbaine et commence également à l'être au niveau opérationnel par plusieurs villes en France comme Paris, Nancy ou Toulouse (Dumas, 2017).

<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>**Figure 40.** Typologies de bâtiment et zones climatiques locales de la métropole toulousaine. Sources : BDMApUCE en 2015, une classification proposée par Dumas et Hidalgo s'appuyant sur la base de données MApUCE en 2017, Stewart et Oke (2012), et IGN ©, 2017</figcaption></figure>
Plusieurs types de données socio-économiques sont également disponibles dans la base de données MApUCE. Issues du recensement de la population et des données carroyées (résolution 200 m) de l'INSEE, elles sont disponibles à l'échelle de l'îlot. Cela concerne principalement des informations démographiques et socio-économiques sur les habitants (âge, sexe, situation familiale, catégorie socioprofessionnelle) et des informations sur les caractéristiques et l'équipement des logements (taille du logement, type et combustible du système de chauffage) : le nombre de personnes, le total de foyers et le type et la catégorie du logement, ainsi que les surfaces cumulées des résidences principales et celles correspondant aux logements collectifs. Néanmoins, pour cette étude, des bases de données plus précises issues du catalogue de données de l'agence d'urbanisme de Toulouse (Aua/T) ont été utilisées pour croiser données climatiques, données urbanistiques et données socio-économiques afin de produire des cartes d'exposition. Il s'agissait notamment de données nationales telles que la grille 2015 de l'INSEE et la base Sirene 2016, ainsi que des données locales sur les équipements, la végétation et l'occupation du sol de la métropole toulousaine.

## 3.2 Données climatiques

Deux catégories d'information climatique ont été mobilisées pour décrire le climat de l'agglomération toulousaine. La première catégorie fait référence à la caractérisation des situations météorologiques (amplitude thermique journalière, vent prédominant, précipitation, etc.) auxquelles sont confrontés les Toulousains. La deuxième catégorie fait référence aux données spatialisées de microclimat issues de simulations numériques.

### 3.2.1 Types de temps sensibles

La climatologie observée sur la métropole toulousaine peut être expliquée par la succession de onze situations météorologiques appelées types de temps sensibles (TTS ; Hidalgo et Jougla, 2018c). Certaines situations météorologiques types sont caractéristiques d'une saison particulière en ce sens qu'elles sont observées plus fréquemment au cours de la saison en question. Sur les onze situations identifiées, quatre situations de ciel clair sont très présentes dans la région et sont caractérisées par des jours de forte stabilité atmosphérique (faible vent) et de forte insolation (Tableau 9, TTS 5, 7, 8 et 9). Deux situations correspondent à des flux de vent de sud-est (Tableau 9, TTS 1 et 2). Les précipitations les plus intenses sont concentrées sur deux types de situations et restent relativement peu fréquentes (Tableau 9, TTS 4 et 10). Enfin, trois situations météorologiques avec vent d'ouest ou nord-ouest fort ou faible et avec ou sans précipitations correspondent à des situations de transition entre d'autres types de situations météorologiques (Tableau 9, TTS 0, 3 et 6). Afin de traiter la problématique de stress thermique estival, l'analyse s'est focalisée sur trois situations météorologiques (Figure 41) qui sont soit propices à de fortes températures journalières (TTS 7), soit au développement d'un îlot de chaleur nocturne conséquent (TTS 8), soit aux deux (TTS 9).
<table><caption>**Table 9.** Caractéristiques de la journée la plus représentative de chaque type de temps sensible (TTS). Les fréquences sont fournies en base annuelle et par saison et les types de temps sensibles sont répertoriés par ordre de fréquence. Les caractéristiques des principales variables météorologiques (température et humidité de l'air, vent et précipitations) sont également présentées. Pour les directions du vent, les abréviations suivantes sont utilisées : ouest (O), nord-ouest (NO), nord-est (NE) et sud-est (SE).</caption><thead><tr><th>TTS</th><th>Fréquence (%)</th><th>Printemps (%)</th><th>Été (%)</th><th>Auto mne (%)</th><th>Hiver (%)</th><th>Amplitude thermique journalière (°C)</th><th>Humidité spécifique (g kg<sup>-1</sup>)</th><th>Vitesse du vent (m s<sup>-1</sup>)</th><th>Direction du vent</th><th>Précipitations (mm h<sup>-1</sup>)</th></tr></thead><tbody><tr><td>9</td><td>17</td><td>32</td><td>36</td><td>22</td><td>10</td><td>12,49</td><td>7,03</td><td>1,8</td><td>O-NO</td><td>0,059</td></tr><tr><td>5</td><td>15</td><td>25</td><td>3</td><td>24</td><td>48</td><td>9,75</td><td>5,67</td><td>2,37</td><td>S-SE</td><td>0,012</td></tr><tr><td>8</td><td>15</td><td>12</td><td>68</td><td>20</td><td>0</td><td>7,23</td><td>10,82</td><td>2,38</td><td>O-NO</td><td>0,089</td></tr><tr><td>3</td><td>14</td><td>33</td><td>5</td><td>22</td><td>40</td><td>3,43</td><td>5,07</td><td>4,27</td><td>NO</td><td>0,065</td></tr><tr><td>7</td><td>12</td><td>12</td><td>51</td><td>37</td><td>0</td><td>11,08</td><td>10,45</td><td>2,62</td><td>SE</td><td>0,014</td></tr><tr><td>2</td><td>10</td><td>35</td><td>9</td><td>28</td><td>28</td><td>6,19</td><td>7,09</td><td>6,25</td><td>S-SE</td><td>0,016</td></tr><tr><td>0</td><td>8</td><td>17</td><td>0</td><td>25</td><td>58</td><td>5,60</td><td>5,07</td><td>1,43</td><td>O-NO</td><td>0,071</td></tr><tr><td>6</td><td>4</td><td>34</td><td>11</td><td>26</td><td>29</td><td>5,05</td><td>7,21</td><td>4,56</td><td>NO</td><td>0,436</td></tr><tr><td>1</td><td>3</td><td>47</td><td>9</td><td>35</td><td>9</td><td>7,31</td><td>8,42</td><td>2,59</td><td>S-SE</td><td>0,297</td></tr><tr><td>4</td><td>1</td><td>29</td><td>36</td><td>25</td><td>10</td><td>6,44</td><td>9,42</td><td>3,13</td><td>NO-O</td><td>1,003</td></tr><tr><td>10</td><td>0,2</td><td>12</td><td>25</td><td>50</td><td>13</td><td>4,15</td><td>9,03</td><td>5,01</td><td>NO</td><td>1,938</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_58.png" /></figure>

**Figure 41.** (A) Type de temps sensible 7 : jour typique d'été bien ensoleillé avec vent de sud-est. La température peut atteindre les 40 °C. Il est caractérisé par une grande amplitude thermique entre le jour et la nuit et un vent de sud-est persistant mais faible (2 m s⁻¹ le matin, 3,5 m s⁻¹ dans l'après-midi et 2,5 m s⁻¹ le soir). (B) Type de temps sensible 8 : jour typique d'été bien ensoleillé avec vent de nord-ouest. Bien que présent aussi pendant les autres saisons, il s'agit du type de temps sensible le plus fréquent en été. La température reste relativement élevée en été, la température maximale est de 30 °C, mais elle est plus douce que dans le TTS 7. Le vent de nord-ouest peut être relativement fort et humide, avec des pics de 4 m s⁻¹ dans l'après-midi. (C) TTS 9 : jour ensoleillé, très chaud en été, avec un vent de nord-ouest. Ce type de temps est très courant. En été, la température peut grimper jusqu'à 40 °C. Le vent souffle d'ouest le matin à nord-ouest l'après-midi, puis sud-ouest dans la soirée. La vitesse du vent varie elle aussi entre 2 m s⁻¹ le matin, 4 m s⁻¹ en milieu de journée et 2 m⁻¹ à nouveau en fin de journée. Ce type de situation météorologique est très favorable à la formation d'un îlot de chaleur nocturne intense. (T fait référence à la température de l'air, RR aux précipitations, HU à l'humidité relative et FF à la vitesse du vent).
### 3.2.2. Simulations atmosphériques

Les données climatiques spatialisées sont issues d'une modélisation mobilisant les modèles atmosphériques de méso-échelle Méso-NH (Lac et al., 2018) et de surface SURFEX (Masson et al., 2013) pendant une année type à Toulouse (Figure 42). Les données météorologiques de cette année type correspondent aux mois de mars 2004 à février 2005, période concomitante à la campagne de terrain CAPITOUL (Masson et al., 2008), ce qui permet d'avoir suffisamment de mesures d'observation pour évaluer la qualité de ces simulations (Kwok et al., 2019). Les données atmosphériques couvrent la totalité du territoire de la métropole toulousaine. Les résolutions horizontales (250 m) et temporelles (une carte par heure) permettent de détecter les variations spatiales et temporelles des variables climatiques sur le territoire.

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>**Figure 42.** Domaines de simulation (gauche) et zoom sur le domaine à plus haute résolution (D4, 250 m, droite)</figcaption></figure>

Le modèle SURFEX est capable de modéliser quatre types de couverture de surface qu'on appelle tuiles : zones urbaines, zones rurales, mers et océans, lacs et rivières. Les données caractérisant la structure et le tissu urbains de Toulouse (y compris la morphologie urbaine, les matériaux de construction et leurs propriétés physiques) proviennent de la base de données MApUCE. Les paramètres liés à l'utilisation des bâtiments et au comportement humain sont initialisés selon la méthode décrite dans Schoetter et al. (2017). La végétation urbaine a été identifiée par traitement d'images satellitaires (Crombette et al., 2014). Pour l'initialisation des paramètres d'occupation du sol des zones rurales autour de Toulouse (forêts, terres agricoles) hors du périmètre de la base de données MApUCE, la base de données ECOCLIMAP-I (Champeaux et al., 2005) est adoptée avec une résolution horizontale de 1 km.
L'information atmosphérique accessible à travers les simulations numériques est très riche en termes de quantité de variables, disponibilité de pas de temps et niveaux verticaux. C'est au cours de réunions d'équipe qu'ont été choisis les champs pour créer les cartes d'analyse.

* **Informations atmosphériques (trois types) :**

* Le niveau de stress thermique diurne, caractérisé selon l'indicateur *Universal Thermal Climate Index (UTCI)*<sup>78</sup> car il affecte fortement le confort des citadins et rend incontournable le recours à la climatisation dans de nombreux secteurs d'activité.

* L'influence de la ville sur la température de l'air nocturne, caractérisée par l'intensité de l'îlot de chaleur urbain (ICU). Elle affecte la capacité des bâtiments à se refroidir pendant les heures de repos nocturne et donc la santé des habitants.

* Les conditions aérauliques, direction et intensité du vent, permettent d'identifier les zones favorables à la ventilation naturelle et celles qui présentent un déficit de ventilation.

* **Niveaux verticaux (deux types) :**

Pour l'analyse thermique (stress thermique diurne et température de l'air nocturne), la moyenne pondérée des variables météorologiques à 2 m au-dessus du sol a été utilisée sur l'ensemble des tuiles SURFEX. Pour l'analyse aéraulique, sont utilisées les données issues du premier niveau du modèle atmosphérique MESO-NH situé à 10 m au-dessus du bâti.

* **Situations météorologiques (trois types) :**

En été (juin-juillet-août), les jours appartenant à l'une des trois situations météorologiques retenues et décrites précédemment (TTS 7, 8 et 9) et le jour J+1 sont isolés. Les paramètres thermiques et climatiques pour la nuit sont issus des résultats du modèle allant du jour J au jour J+1 car il est admis que ces paramètres sont principalement définis par les conditions météorologiques du jour en question.

### 3.3 Post-traitement des données

Les simulations numériques ont permis de produire une carte pour chaque variable météorologique au pas de temps horaire, c'est-à-dire qu'un total de 8 670 cartes ont été générées. C'est lors d'échanges avec les collectivités territoriales qu'il a été décidé de concentrer les efforts sur l'été car la gestion du confort thermique est l'une des priorités identifiées par le groupe de travail Climat-Énergie en charge de l'élaboration du PLU.

Le choix de trois types de temps sensibles (TTS 7, 8 et 9) a permis de réduire le volume de données à traiter et présenter. Les TTS 7, 8 et 9 représentent pour l'année type simulée 85 % des jours d'été avec une fréquence d'occurrence respectivement de 24 jours (26 %), 37 jours (40 %) et 18 jours (20 %). Même si les dynamiques diurnes ont été analysées, deux tranches horaires de quatre heures ont finalement été retenues : la fin d'après-midi (17h-20h heure locale) et la nuit (3h-6h heure locale).

Plusieurs traitements statistiques sont alors envisageables afin de faire ressortir les zones de la ville qui présentent un comportement microclimatique différencié. Le choix a été fait de calculer, pour un type de temps donné et une tranche horaire, le niveau le plus fréquent par pixel afin d'identifier les zones particulièrement sensibles aux aléas climatiques. Ici, on s'intéresse aux effets thermiques et aérauliques. Ces zones sont ici appelées zones de persistance.

<footnote n="78">78 http://www.utci.org/</footnote>
Niveaux de classification utilisés pour chaque information atmosphérique :

* L'UTCI est une norme internationale établie dans le cadre de l'Action COST 730<sup>79</sup> qui propose une classification des valeurs entre des niveaux de stress thermique considérés comme « froid extrême » et ceux considérés comme « chaleur extrême » (Figure 43, gauche). Comme les intervalles de cette norme sont très larges, afin de conserver une certaine variabilité spatiale, il a été proposé, dans cette étude, de subdiviser les niveaux correspondant à des stress thermiques de « modéré » à « très fort » en trois sous-catégories : faible, moyen et élevé (Figure 43, droite).

* Pour l'intensité des ICU, des catégories d'intervalle à un degré ont été créées.

* Pour le vent, trois analyses ont été effectuées. À l'instar des indicateurs précédents, des catégories ont été considérées pour la combinaison direction/vitesse du vent dès le premier niveau du modèle atmosphérique MESO-NH situé 10 m au-dessus du bâti. Ces catégories peuvent varier chaque 30 degrés pour la direction du vent (par exemple, N, NE, E et SE) et s'appuient sur les catégories de l'échelle de Beaufort pour la vitesse du vent (par exemple, 1,5, 3,3, 5,4, 10,7, 13,8, 17,1 et 24,4 m s⁻¹). En utilisant les mêmes données source, le calcul des discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent par pixel (Annexe 1) a

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

permis d'identifier les zones où la vitesse du vent varie rapidement. Enfin, le ratio de vitesse (vitesse du vent à 2 m au-dessus du sol/vitesse du vent à 10 m au-dessus du bâti) a également été analysé pour décrire les zones présentant des potentiels de ventilation faibles et élevés.

<footnote n="79"><sup>79</sup> http://www.utci.org/cost.php</footnote>
**Figure 43.** Échelle d'intervalle pour l'UTCI (Universal Thermal Climate Index) en termes de stress thermique. Échelle d'intervalle proposée par l'Action COST 730 (droite ; UTCI, 2003). Proposition d'échelle d'intervalle utilisée dans cette étude (gauche).

D'un point de vue méthodologique, l'approche fréquentiel présente l'avantage d'être facile à communiquer aux parties prenantes et au public. En effet, il est plus facile de comprendre que c'est la fréquence qui détermine l'importance d'une situation, c'est-à-dire un phénomène qui survient souvent dans les zones ciblées, plutôt qu'une information basée sur des données moyennes qui ne peuvent pas être vécues. Cette approche permet également de maintenir plus d'hétérogénéité spatiale qu'une approche de moyenne, qui lisse spatialement les données. Cette stratégie, qui s'appuie sur l'approche des TTS et l'identification des zones de persistance, a été essentielle pour communiquer le diagnostic climatique de façon intelligible à nos collaborateurs.

# 4. Cartes climatiques pour Toulouse

Le premier niveau du diagnostic microclimatique repose sur un jeu de cartes d'analyse thématique qui croise les informations thermiques et aérauliques avec des éléments de la planification (par exemple, trame verte et bleue, zonage) ou des informations socio-démographiques. Un deuxième jeu de cartes a été créé pour identifier les secteurs à enjeux présentant un comportement microclimatique dont il faut tenir compte pour l'aménagement urbain. Dans les publications portant sur les cartes climatiques urbaines, ce deuxième niveau d'information est souvent appelé « cartes de recommandations » mais nous proposons la dénomination « cartes des zones à enjeux » car le format cartographique lui-même n'est pas adapté pour communiquer des recommandations. Les recommandations sont souvent rassemblées dans un guide qui vient compléter le jeu de cartes précédent et qui présente clairement les mesures proposées.

## 4.1 Cartes d'analyse thématique en journée

### 4.1.1 Analyse thermique

Lorsque le corps humain est soumis à des conditions météorologiques extrêmes, telles qu'une canicule, il existe un risque d'incidence sur la santé. Suivant des facteurs tels que l'âge, le sexe et la durée de l'exposition, le corps sera plus ou moins en capacité de supporter une situation donnée. Un indicateur de confort thermique est souvent utilisé pour caractériser les niveaux de stress thermique auxquels un corps peut être exposé : modéré, élevé ou très élevé. À chaque gradation correspondent des précautions spécifiques, notamment s'hydrater, éviter les efforts ou rester au frais.

L'indicateur UTCI permet de caractériser l'environnement thermique de Toulouse en journée. Les cartes d'analyse thématique de cet indicateur (Figure 44 et Annexe 2) ont permis de confirmer des résultats précédemment observés lors d'une analyse de la température de l'air de la campagne CAPITOUL (Hidalgo et al., 2008a ; Pigeon et al., 2008). En effet, les zones présentant les niveaux d'UTCI les plus élevés en journée ne sont pas situées dans le cœur historique dense mais plutôt dans les quartiers limitrophes appelés faubourgs (Saint-Michel, Saint-Cyprien, Minimes et Bonnefoy, Figure 38). Le centre historique médiéval, appelé octogone, connaît un niveau de stress thermique inférieur d'un à deux niveaux par rapport aux faubourgs immédiats. Cet effet d'îlot de fraîcheur relatif est particulièrement remarquable pour le TTS 8. L'analyse des zones commerciales et d'activité est nouvelle par rapport aux études précédentes. Ces zones présentent également un stress thermique élevé en journée. Mais cet effet dépend aussi de la localisation des zones : par exemple, celles situées dans la vallée de la Garonne au nord de la métropole présentent des niveaux de stress thermique particulièrement élevés. Cet effet est particulièrement visible sur la carte TTS 7 (Annexe 2).
<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>**Figure 44.** Carte d'analyse de l'indicateur de stress thermique (UTCI) en journée à partir de simulations numériques pour la situation météorologique type (TTS 9) la plus favorable à la formation d'un îlot de chaleur urbain (ICU) fort en été</figcaption></figure>

Même si l'octogone semble davantage préservé d'un point de vue stress thermique par rapport à d'autres zones, l'analyse des informations climatiques met en lumière la surexposition de la population. Le choix a été fait d'analyser les niveaux d'intensité de l'UTCI et les zones d'emploi privé qui correspondent aux lieux accueillant un large segment de la population en journée (Figure 45). Cette approche a permis de cibler les zones d'activité présentant à la fois une forte exposition et une présence humaine. Dans cette perspective, le centre-ville de Toulouse reste une zone stratégique, tout comme les principaux centres d'activité (notamment, Blagnac et Colomiers à l'est où se situent les sites industriels d'Airbus, Basso Cambo au sud-est et Le Palays au sud-ouest) et les zones bordant les principaux axes routiers où se concentrent de nombreux commerces et entreprises, particulièrement sur la Route d'Espagne et la D820 qui longent la vallée de la Garonne respectivement au sud-est et au nord.
<figure><img src="image_62.png" /><figcaption>Figure 45. Carte d'exposition aux niveaux de stress thermique diurne des emplois privés</figcaption></figure>

4.1.2 Analyse aéraulique

Dans cette région, les vents prédominants proviennent du sud-est et du nord-ouest. La Garonne et sa vallée, avec une orientation très similaire, canalisent le vent en situation de vent fort. À l'inverse, en situation de faible vent, le vent stagne surtout sur le centre-ville (en raison de la rugosité des bâtiments) et en aval dans les zones de la vallée. L'objectif ici est de mieux comprendre la variabilité spatiale du vent en tenant compte de la topographie et de la présence de végétation, de bâtiments ou d'infrastructures. Les trois TTS analysés coïncident en termes de conditions thermiques diurnes mais avec des caractéristiques de vent différentes (Figure 46). Pour chaque panneau de la Figure 9, les discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent sont présentées à gauche, le ratio de vitesse est présenté dans la partie supérieure droite et l'analyse de la fréquence de la combinaison direction/vitesse du vent est présentée dans la partie inférieure droite.

* Le TTS 7 correspond à une situation avec un vent de sud-est prédominant qui tourne au sud dans la partie nord de la métropole. La carte des discontinuités spatiales superposée à la vitesse moyenne du vent à 10 m indique que la vitesse décroît de 50 % entre l'extérieur et le centre-ville (Figure 9a gauche, niveau de vitesse moyenne du vent entre 3,6 m s⁻¹ et 4,1 m s⁻¹). Il en est de même pour la forêt de Bouconne située à l'ouest et les communes de Saint-Jory et Bruguières au nord. La vitesse moyenne du vent varie entre 6,3 m s⁻¹ à la campagne (Pech David au sud et les côteaux à l'est) et 3,5 m s⁻¹ dans le centre-ville. À l'est, des vents plus forts sont observés sur les crêtes avec des discontinuités spatiales plus prononcées à la limite crête/vallée. L'analyse de la fréquence (Figure 9a, partie inférieure droite) montre une zone de faible vent qui est plus étendue en centre-ville présentant une variabilité spatiale plus forte que celle déterminée par une approche
moyenne et confirme les valeurs inférieures de la vitesse du vent en forêt de Bouconne et dans les communes du nord, Saint-Jory et Bruguières, et dans la partie extérieure de la métropole à l'est. Le ratio de vitesse (Figure 9, partie supérieure droite) montre clairement le centre-ville (octogone et faubourgs) présentant une réduction de 60 % à 80 % du vent entre le premier niveau de canopée (en zones urbaines entre 30 et 40 m de hauteur) et 2 m. Des zones avec un bon potentiel de ventilation sont identifiables à l'ouest du centre-ville dans les communes de Blagnac et Colomiers coïncidant avec la zone industrielle d'Airbus, au sud-est correspondant aux crêtes et au sud-ouest avec la première terrasse de la Garonne.

<caption>**Figure 46.** Les cartes d'analyse thématique du vent en journée pour les TTS 7, TTS 8 et TTS 9 : les discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent (gauche), le ratio de vitesse (partie supérieure droite) et l'analyse de la fréquence de la combinaison direction/vitesse du vent (partie inférieure droite)</caption>

(a)

<figure><img src="image_63.png" /></figure>
## Menut TOME II - Volume de travaux inédits

(b)

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

(c)

<figure><img src="image_65.png" /></figure>
* Les TTS 8 et 9 correspondent à des situations où le vent prédominant est orienté nord-ouest, voire ouest dans certaines zones. Toutefois, le TTS 8 présente généralement des intensités supérieures (FFmax ~ 4,7 m s⁻¹ et FFmin ~ 3,2 m s⁻¹) à celles du TTS 9 (FFmax ~ 4,4 m s⁻¹ et FFmin ~ 3 m s⁻¹). La zone à faible vent est très concentrique avec deux zones différenciées (en blanc et mauve clair) correspondant à peu près à l'octogone et aux faubourgs. Avec de telles conditions météorologiques, les côteaux situés au sud-est sont en aval du flux prédominant. Les crêtes et vallées continuent à représenter des couloirs de ventilation privilégiés pour le territoire en aval mais l'intensité du vent est amoindrie car le flux traverse d'abord les zones urbanisées. Ceci est particulièrement marqué dans les vallées (en mauve clair sur la carte de la vitesse moyenne du vent).

Actuellement, les données disponibles ne permettent pas d'identifier les brises de pente (air frais et propre qui descend des collines) ou les brises rurales (également appelées brises urbaines), même si des études sur le second phénomène ont déjà établi la possibilité de formation d'une brise diurne avec le TTS 9 (Hidalgo et al., 2008a, 2008b).

La résolution spatiale des données urbaines et climatiques mobilisées ici ne permet pas non plus l'étude de l'impact des éléments d'infrastructure, comme les grandes voies de circulation ou les digues de la Garonne, sur le vent. Même si nous ne sommes pas en mesure de caractériser ces éléments de façon quantitative, nous savons qu'ils peuvent constituer des couloirs de ventilation (la rocade et l'autoroute canalisent principalement l'air chaud et chimiquement pollué aux heures de forte circulation) et qu'ils peuvent bloquer les masses d'air (par exemple, la barrière antibruit de la rocade au pied de Pech David).
## 4.2 Cartes d'analyse thématique la nuit

### 4.2.1 Analyse thermique

Dans la situation météorologique la plus favorable à la formation d'un îlot de chaleur urbain (TTS 9), l'impact de l'urbanisation sur la température de l'air nocturne dans le centre-ville de Toulouse dépasse 3 °C pour une bonne partie de cette zone (octogone et faubourgs) (Figure 47).

<figure><img src="image_66.png" /><figcaption>**Figure 47.** Carte d'analyse de l'indicateur ICU à l'aide de simulations numériques du type de temps sensible le plus favorable à la formation de ce phénomène en été (TTS 9)</figcaption></figure>

L'intensité de l'îlot de chaleur urbain peut atteindre +6°C dans les zones à l'ouest de l'octogone (entre le boulevard Antoine Carnot et le boulevard de la Gare), principalement en raison de l'advection par le vent prédominant d'air chaud de l'octogone vers l'ouest. Cet effet est plus difficile à comprendre pour le grand public lorsque la carte n'est pas accompagnée de l'explication d'un expert en climatologie. Il a donc été décidé de créer une seule classe d'exposition allant de +3°C jusqu'à l'intensité maximale d'un ICU. L'intensité varie en fonction non seulement de la situation météorologique mais également de la couverture spatiale (Annexe 3). Les zones exposées à un ICU nocturne
supérieur à +3°C varient de ~30 km² avec un TTS 9 à ~10 km² et ~0 km² avec respectivement les TTS 8 et 7. L'exposition des communes de première couronne de Toulouse (Launaget, L'Union, Balma et Saint-Orens à l'est et Blagnac, Colomiers, Tournefeuille et Cugnaux à l'ouest) à des niveaux de température élevés est moins importante que dans la commune de Toulouse en termes de couverture spatiale. Cependant, l'impact de l'urbanisation sur la température de l'air n'est pas négligeable dans les zones étendues (en orange sur la Figure 9). Ces sont des zones qui peuvent rapidement basculer vers des niveaux d'exposition élevés. Dans cette étude, nous les appelons les zones à basculement, auxquelles une attention particulière doit être portée en matière d'urbanisme, notamment depuis qu'un grand nombre de nouvelles zones ont été ouvertes à l'urbanisation au nord, à l'est et au sud-est de la métropole. La Figure 48 indique que la densité de population et l'intensité des ICU sont hautement corrélées. Outre les centres-villes des communes de la petite couronne de Toulouse où se concentre la majorité de la population de chaque ville, la zone située à l'intérieur de la rocade est la plus peuplée et la plus exposée au phénomène d'ICU nocturne. Les raisons de cette forte exposition aux ICU dans ces territoires sont multiples : leurs surfaces présentent la plus forte imperméabilisation de la métropole, les formes urbaines sont les plus favorables aux ICU et ce sont les activités ou logements de ces zones qui produisent le plus de chaleur (via notamment la climatisation).

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>**Figure 48.** Carte indiquant la densité de population et les niveaux d'exposition aux ICU du TTS 9, qui correspond à un temps d'été ensoleillé avec un vent faible orienté ouest-nord-ouest</figcaption></figure>
Le territoire toulousain comprend également des éléments thermorégulateurs naturels. Les espaces arborés, peu présents en centre-ville, jouent un rôle important dans la régulation thermique à l'échelle micro-locale (quelques dizaines de mètres) grâce aux effets d'ombrage et d'évapotranspiration. De précédentes études (Kwok et al., 2019) ont constaté que la nuit ces zones arborées présentaient un différentiel de -2°C par rapport aux zones bâties alentour. Dans les communes précédemment citées de première couronne, ce différentiel est seulement d'environ -0,5°C malgré la présence plus importante de végétation. Concernant les grandes masses d'eau, la Garonne et les canaux jouent à la fois un rôle de régulateur thermique et de couloirs de ventilation d'air propre. La nuit en été, la température de l'eau peut être proche de celle de l'air et ne contribue donc pas au rafraîchissement. Le rôle de régulateur thermique s'explique davantage par la présence d'arbres et de végétation que par l'évaporation. L'évaporation diminue de façon très localisée la température mais l'humidité élevée de l'air peut augmenter la sensation de stress thermique. La proximité de grandes masses d'eau est, par conséquent, à double tranchant la nuit.

4.2.2 Analyse aéraulique

La *Figure 49* montre que, pour le TTS 7 (*Figure 49a*), la direction du vent s'oriente légèrement à l'est dans la partie nord et, pour le TTS 9 (*Figure 49c*), au nord-ouest dans la partie sud, tandis que pour le TTS 8 (*Figure 49b*), la direction du vent reste stable. En général, l'intensité du vent décroît la nuit par rapport à la journée. Le TTS 9 présente les intensités les plus faibles avec $1,5 \text{ m s}^{-1}$ dans les zones les moins exposées du centre-ville et $4,2 \text{ m s}^{-1}$ dans les zones rurales les plus ventilées. L'analyse de la fréquence montre que la Garonne reste un couloir de ventilation par rapport au centre-ville (vent entre $3,3 \text{ m s}^{-1}$ et $5,4 \text{ m s}^{-1}$, même si ces valeurs sont inférieures à celles des zones plus ventilées du nord-ouest et du sud-est. Dans la journée, la zone à faible vent est très concentrique et sa couverture spatiale correspond à l'octogone et aux faubourgs. Pendant la nuit, elle s'étend sur toute la vallée de la Garonne en prenant la forme d'une banane verticale. Le vent est également ralenti à l'ouest sur les communes de Colomiers et Tournefeuille, probablement dû à la rugosité de la surface urbanisée.

(a)

<figure><img src="image_68.png" /></figure>
(b)

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Cartographie conceptuelle : N. Touati, 2021

(c)

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

Cartographie conceptuelle : N. Touati, 2021

**Figure 49.** Les cartes d'analyse thématique du vent la nuit pour (a) le TTS 7, (b) le TTS 8 et (c) le TTS 9 représentent les discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent (gauche), le ratio de vitesse (partie supérieure droite) et l'analyse de la fréquence de la combinaison direction/vitesse du vent (partie inférieure droite)
4.3 Cartes des zones à enjeux

Grâce à cet ensemble de cartes d'analyse thématiques, il est possible de différencier les secteurs à enjeux en fonction de leur comportement microclimatique qui nécessiteront une attention particulière en matière d'urbanisme (Figure 50). Le choix a été fait de les représenter sous forme de croquis comme suit :

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

<figure><img src="image_72.png" /></figure>
<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>**Figure 50.** Cartes des zones à enjeux en fonction du niveau de stress thermique diurne et du vent et de l'ICU nocturne et du vent</figcaption></figure>

Le travail en atelier avec les services de Toulouse Métropole a permis d'identifier quatre types de zones à enjeux pour le territoire toulousain :
* **Le centre historique** (octogone) : cette zone centrale se comporte comme un îlot de fraîcheur pendant la journée car ses rues étroites produisent de l'ombrage le matin et empêchent la surchauffe de la rue et des matériaux de façade et au sol en fin d'après-midi. En revanche la nuit, cette configuration empêche un rafraîchissement satisfaisant et favorise un îlot de chaleur nocturne intense. Les places très minéralisées et exposées au soleil (Capitole et Esquirol) font exception en journée, avec des niveaux de stress thermique plus élevés que dans les rues adjacentes plus ombragées. Du point de vue de l'aménagement urbain, il serait intéressant de préserver cet effet d'îlot de fraîcheur naturel le jour, de minimiser le réchauffement des espaces publics qui présentent un fort niveau de stress thermique et de favoriser l'accès à la ventilation naturelle de ces zones centrales.

* **Les faubourgs** : les quartiers du centre-ville appelés faubourgs (Saint-Cyprien, Saint-Michel, Minimes et Bonnefoy) présentent durant la journée les niveaux de stress thermique les plus élevés du centre-ville, en raison d'une configuration des rues plus ouverte qui favorise le réchauffement de la chaussée et des murs exposés. La nuit, ces zones vont connaître un rafraîchissement plus rapide que celui de l'hypercentre. Cependant, leur position centrale au sein d'une agglomération étendue fait que ces faubourgs restent exposés à un fort îlot de chaleur urbain. Du point de vue de l'aménagement urbain, il serait intéressant de favoriser le plus possible le confort du piéton, de minimiser l'apport solaire à l'intérieur des bâtiments afin de garantir un bon confort nocturne, de minimiser le réchauffement des espaces publics présentant un haut niveau de stress thermique et de favoriser la ventilation naturelle des espaces extérieurs.

* **Les centres-villes des communes de première couronne** : contrairement à ce que l'on pourrait penser, les centres-villes de ces communes contribuent également d'une manière importante (au-delà de +3°C) à l'îlot de chaleur urbain de l'agglomération. Nous souhaitons porter une attention particulière aux zones à basculement qui entourent ces centres-villes et qui présentent d'ores et déjà un ICU compris entre +2°C et +3°C. Du point de vue de l'aménagement urbain, il serait nécessaire de réduire l'intensité de l'ICU des centres-villes afin de limiter l'extension de ces zones à basculement et de renforcer la trame verte et bleue et les couloirs de ventilation.

* **Les zones commerciales et d'activité** : ces zones présentent des niveaux de stress thermique importants pendant la journée en raison de l'absence d'ombrage, de la forte imperméabilisation du sol et du recours intensif à la climatisation. La nuit, les zones d'activité qui présentent une forte activité anthropique nocturne (production, logistique, etc.) et/ou qui sont situées dans la vallée de la Garonne (notamment celles situées au sud-ouest et au nord du centre-ville) sont fortement exposées à l'ICU. Ici, les objectifs seraient de réduire, d'une part, le recours aux systèmes de climatisation active et, d'autre part, la surface des zones imperméabilisées.

Les espaces régulateurs sont ceux qui permettent de favoriser la préservation du confort climatique à travers l'ombrage, l'évapotranspiration ou la ventilation. À l'échelle du grand territoire, cela correspond à la trame verte et bleue et ses grands parcs (Forêt de Bouconne, Pech David, Île du Ramier, etc.), aux espaces ouverts non urbanisés et aux reliefs de tout type, en particulier les plus prononcés qui sont potentiellement générateurs de phénomènes de brise (côteaux, promontoire de Pech David) ou capables de canaliser le vent prédominant (vallées des affluents de la Garonne, de l'Ariège au sud et de l'Hers au nord-est, et les collines de Montaudran et de Jolimont).

Des cartes et des recommandations spécifiques en matière d'urbanisme 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 » (Figure 51). Ce guide comprend cinq sections. Dans les deux premières sections, sont présentées plusieurs clés pour une compréhension théorique des problématiques climatiques aux niveaux local et mondial, ainsi qu'un diagnostic microclimatique du territoire. Dans la troisième section, des recommandations détaillées sont organisées par leviers d'actions (par exemple, végétalisation, ombrage, matériaux et surfaces urbains, gestion de l'eau) et suivant les
secteurs géographiques présentés précédemment (centre historique, faubourgs, centres-ville des communes de première couronne de Toulouse, zones commerciales et d'activité et actions à l'échelle de la métropole). Les deux dernières sections présentent les outils de suivi-monitoring permettant d'étudier le climat urbain de Toulouse, notamment le réseau atmosphérique urbain (Dumas et al., 2021), et une liste de quatorze questions en lien avec le microclimat urbain et préalables à tout projet d'aménagement ou de planification urbaine.

<figure><img src="image_74.png" /></figure>

**Figure 51.** Couverture et première de couverture du 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 »
## 5. Discussion sur la sémiologie graphique des cartes climatiques

Les représentations cartographiques dépendent principalement du domaine d'expertise des chercheurs chargés de l'analyse des données et de la production cartographique. En Allemagne, les climatologues urbains travaillent sur ce sujet depuis les années 1970 et ils contribuent activement à la diffusion internationale des méthodologies et des normes. Ainsi, les directives VDI 3787 publiées par l'Association des ingénieurs allemands (VDI) en 1997, puis actualisées en 2015, sont devenues une référence internationale dans le domaine des cartes climatiques de l'environnement urbain. Ces directives ont inspiré un grand nombre de villes et de chercheurs dans le monde entier (Ng and Ren, 2015). Si, pour étudier un exemple européen, nous prenons la carte climatique de Berlin (Figure 52), nous pouvons classer les informations en deux grands ensembles : représentations de la morphologie urbaine par typologie (centre-ville, ville et zones commerciales) et représentations de la température et des échanges d'air.

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>**Figure 52.** Analyse climatique de Berlin (vue générale, échelle 1/265 000 ; source : Senate Department for Urban Development and the Environment, Environmental Atlas)</figcaption></figure>

Les mêmes couleurs sont utilisées pour mettre en valeur les zones présentant de fortes intensités thermiques et les zones urbaines relativement denses ou très minéralisées. Les couleurs orange/rouge/gris identifient des ICU qui correspondent au centre-ville (rouge), aux autres zones urbaines (orange) et aux zones commerciales et industrielles (gris). La vitesse et la direction du vent sont représentées par des flèches, des pointillés et des roses des vents. Comme de nombreuses cartes issues de la planification urbaine, la couverture et la résolution spatiales de l'information climatique et urbaine sont adaptées à l'échelle de l'exercice en urbanisme. De la région à la ville, l'échelle des cartes varie de 1/100 000 à 1/5 000. Toute la difficulté est d'ajuster les données aux résolution et couverture spatiales adéquates. La représentation graphique très dense et la superposition des variables visuelles pour qualifier les zones à enjeux d'un point de vue microclimatique ne correspondent pas aux normes cartographiques françaises de l'urbanisme opérationnel. Il a donc été décidé de consacrer une partie importante du projet MApUCE à la sémiologie graphique des représentations spatiales du climat urbain.
## 5.1 Choix de visualisation des cartes climatiques d'analyse thématique de Toulouse

La phase de conception des cartes climatiques s'est tenue après plusieurs sessions de travail avec les climatologues urbains, les géographes urbains et les cartographes des partenaires institutionnels du projet (Service de l'environnement de Toulouse Métropole, Service de régulation urbaine, Agence d'urbanisme et d'aménagement de Toulouse (Aua/T)) et du collectif de recherche GEO-VISU.

L'élaboration de ce type de cartes multithématiques est assez complexe, ce qui est souvent le cas lors du processus de production des cartes qui accompagne les collectivités dans la gestion de leur territoire. Différents travaux (Fairbairn, 2006 ; Jegou, 2012) ont montré que la complexité d'une carte se mesure dans l'articulation de deux formes de complexité. Tout d'abord, le lecteur est confronté à une complexité visuelle et fonctionnelle de la carte. Il en fait une lecture attentive, en observant les formes, les textures et les couleurs. Puis, par l'interprétation des signes et en les comparant à ses connaissances et ses objectifs, le lecteur passera à une complexité intellectuelle et fonctionnelle de la carte. Lors de la visualisation d'une carte thématique, ces deux formes de complexité ne suivent pas une progression linéaire mais sont imbriquées entre elles pour aboutir à une carte dont la fonction principale est de communiquer correctement et facilement l'information. Il est alors important, lorsque les informations à représenter sont denses, d'accompagner le lecteur dans la construction et la perception visuelle qu'il aura de ces informations géographiques ou climatiques.

Pour Toulouse, nous avons proposé une organisation visuelle utilisée par l'agence d'urbanisme qui a fait ses preuves pour une bonne lecture de l'information géographique. La composition des cartes d'analyse de l'UTCI et des ICU (respectivement Figures 44 et 47) utilise trois vignettes présentant les données utilisées pour la carte finale. Cela permet de voir plus précisément la forme globale de l'information spatiale, peu lisible avec la superposition de différents types de données. Pour la Figure 44, les vignettes montrent trois types de données : la zone de bâti dense, les niveaux de stress thermique diurne et la trame verte et bleue. En dessous, la carte d'assemblage superpose ces trois types de données dont la sémiologie graphique a changé par rapport à leurs représentations en vignette individuelle. La trame verte, généralement visualisée en vert, passe en blanc avec un effet de transparence pour être plus lisible par superposition. Les zones très urbanisées sont découpées en deux classes : les zones commerciales en gris clair et le bâti dense en gris foncé. Les zones urbaines moins denses ne sont pas représentées ici car elles ne constituent pas un enjeu stratégique en termes de surface artificielle. Toutefois, les zones peu construites qui contribuent à la régulation thermique sont visibles dans la représentation de la trame verte et bleue. Enfin, le stress thermique est divisé en trois grandes classes (pas de stress thermique, chaleur modérée et forte chaleur), dont une classe (chaleur modérée) comprend des sous-classes d'intensité (faible, moyenne et élevée).

Trois couleurs proches du même spectre colorimétrique sont utilisées pour le stress thermique : un gradient de beige en l'absence de stress thermique, un gradient de rouge pour une chaleur modérée et un gradient de violet pour une forte chaleur. La carte d'analyse thématique des ICU (Figure 47) repose essentiellement sur les mêmes organisation et sémiologie. Les trois vignettes utilisées pour la carte finale sont représentées individuellement : on retrouve les zones de bâti dense et de zones commerciales, les données d'ICU nocturne et les zones potentiellement urbanisables identifiées dans le plan directeur. Un gradient de couleur (rouge à jaune-ocre) indique les intensités d'ICU regroupées en trois classes pour une situation de nuit (de 3h à 6h du matin) : de 0 à 2°C (jaune-ocre), de 2 à 3°C (orange) et de 3 à 6°C (rouge). Le jaune vif n'a pas été utilisé car cette couleur prend le dessus au niveau de notre perception colorimétrique.

L'originalité des cartes climatiques de la métropole toulousaine porte sur la réutilisation d'une organisation en vignettes, un mode de représentation assez fréquent dans les plans d'urbanisme. Ces cartes amènent progressivement le lecteur à comprendre la carte d'assemblage qui regroupe toutes les données nécessaires à sa réalisation. Ces vignettes ont alors un impact visuel plus fort qu'une légende complexe. La carte d'assemblage ne reprend pas toujours les couleurs des vignettes mais le lecteur associe rapidement les formes vues sur les cartes précédentes et les informations qu'elles renvoient.
5.3 Choix de visualisation des cartes des zones à enjeux

Les cartes proposées (Figure 50) sont à l'interface entre la carte, représentation descriptive de l'information géographique, et le croquis, représentation explicative et pédagogique de l'information géographique. L'objectif de ce type de représentation est de présenter une carte offrant une synthèse spatiale efficace des zones d'intérêt afin de montrer l'importance des phénomènes de stress thermique, d'îlot de chaleur urbain ou de vent.

Pour l'ICU, la représentation s'articule autour de deux informations : les niveaux d'exposition à l'îlot de chaleur urbain en degré Celsius et les zones de régulation thermique (relief, végétation et effet de la Garonne). Cette carte s'accompagne d'un encart explicatif qui complète l'information graphique.

Quant à la carte du stress thermique, elle reprend quatre informations importantes de la carte thématique : l'effet de la Garonne et de l'Hers-Mort qui assure une climatisation naturelle des espaces environnants, les zones de fraîcheur dans les espaces peu urbanisés (forêt de Bouconne, Pech David, etc), les zones d'inconfort et de fraîcheur dans l'espace urbain dont l'étendue de la zone de fort inconfort correspond à la limite de la zone des faubourgs.

Ce type de représentation repose sur l'expertise du chercheur et fait suite, dans ce sens, au contenu des cartes d'analyse thématique tout en intégrant les entités urbaines locales comme l'octogone, les faubourgs ou les centres des villes de première couronne. Par souci d'efficacité et d'accompagnement à la mise en place d'un guide de recommandations, elle ne peut être présentée seule. Sa construction s'appuie sur trois éléments importants : la taille de la composition doit être suffisamment grande pour montrer les zones à enjeux ; la légende, qui est l'élément le plus important de la composition, accompagne le lecteur dans une organisation claire des éléments majeurs à retenir ; enfin, les figures qui doivent respecter les règles de la sémiologie graphique (Bertin, 1963).

6. Conclusion

Grâce à la disponibilité des données climatiques et les expérimentations de pays comme l'Allemagne ou le Japon, nous sommes en mesure de proposer un protocole méthodologique pour la production de cartes climatiques testées à et pour Toulouse, ainsi qu'une réflexion sur la sémiologie graphique adoptée à cette occasion. Ces cartes représentent à la fois un outil de diagnostic microclimatique du territoire urbain (une carte d'analyse) et une méthodologie potentielle de traduction réglementaire des enjeux identifiés (une carte de zones à enjeux) pouvant pallier l'absence ou l'insuffisance des approches quantitatives et/ou spatialisées du microclimat urbain dans les exercices de planification et d'aménagement urbains des villes françaises. Il est néanmoins légitime de questionner les conditions et limites de la réplicabilité de ce protocole dans d'autres villes françaises.

Les enquêtes menées avec le réseau des agences d'urbanisme de la FNAU<fnref n="80" /> en 2015 dans le cadre du projet MApUCE, puis en 2020 dans le cadre du projet PAENDORA, révèlent que l'intégration des problématiques climatiques et énergétiques dans l'urbanisme reste épineuse pour la plupart des professionnels de l'aménagement urbain. Malgré la disponibilité au niveau national de données urbaines, climatiques et énergétiques à la fois plus génériques et précises (résultant d'un accès récemment rendu plus simple grâce aux données ouvertes (open data)), ces professionnels rencontrent toujours des difficultés pour traiter et intégrer ces données dans les projets qu'ils dirigent ou auxquels ils participent. Les principaux griefs portent sur le manque de données immédiatement exploitables et l'absence d'outils simples et de méthodes accessibles, qui se traduisent concrètement par des problèmes tels que la rareté des données géoréférencées, l'inadéquation de la résolution, l'hétérogénéité des données, les restrictions d'accès et les mises à jour irrégulières. L'absence ou l'insuffisance de compétences en interne combinée à un manque de formation sur les outils disponibles (notamment la base de données urbaine MApUCE dont la visibilité reste limitée) rend difficile l'intégration d'études et méthodes scientifiques qui ne sont pas encore suffisamment connues et encore moins systématisées.

<footnote n="80">⁸⁰ La Fédération Nationale des Agences d'Urbanisme (FNAU) est une association qui anime et joue un rôle de moteur au sein d'un réseau d'une cinquantaine d'agences en France.</footnote>
Dans les enquêtes susmentionnées, le manque d'accès aux données et l'insuffisance des compétences pour les exploiter ont d'abord été pointés du doigt par les grandes agences d'urbanisme opérant dans des territoires complexes, agences qui néanmoins possèdent des compétences techniques solides pour aborder les problématiques territoriales et urbaines survenant dans leurs exercices quotidiens. L'accroissement des compétences thématiques, notamment celles liées au climat, est clairement l'une des principales demandes des organisations qui souhaitent optimiser leurs ressources techniques et leur autonomie dans le traitement de l'information. Il constitue également une réponse au besoin de comprendre, de façon globale et partagée, les territoires dont les grands périmètres permettent difficilement d'obtenir une information détaillée et cohérente.

Dans les agences d'urbanisme plus petites, moins dotées en compétences techniques spécialisées et/ou opérant dans des zones plus limitées, il s'agit plutôt d'une question d'expertise au bon moment et à la bonne échelle si l'objectif est d'intégrer les problématiques climatiques, les caractéristiques et le fonctionnement du microclimat urbain et leur traduction, même qualitativement, en procédures d'urbanisme et l'identification des leviers d'actions adéquats.

L'une des principales contributions du projet MApUCE porte sur la production et la fourniture de données urbaines et climatiques à l'échelle du quartier pour au moins 50 villes françaises, notamment via le portail MApUCE Orbisgis créé spécialement en open source dans le cadre du projet de recherche. Cependant, malgré la diffusion de l'information au sein du réseau professionnel des agences d'urbanisme, une enquête menée en 2020 a mis en lumière la faible visibilité et, par conséquent, l'utilisation limitée de ces ressources innovantes. Ainsi, les acteurs de l'urbain ne cherchent pas systématiquement à consulter et s'approprier des données qui correspondent pourtant à leurs besoins.

Cette observation soulève deux interrogations sur le transfert de connaissances. La première concerne l'accès, la collecte et l'intégration des données dans les bases de données des utilisateurs et, en particulier, des collectivités, pour faciliter l'implémentation de ces données dans les exercices locaux. La seconde porte davantage sur l'analyse de ces données et leur utilisation dans l'élaboration d'un discours sur la problématique climatique et les leviers d'actions à mettre en place. Cette seconde interrogation questionne directement la possibilité de mobiliser une expertise locale adéquate et sa place dans la procédure d'urbanisme.

Les territoires conscients de l'impact des risques climatiques n'ont pas tous la possibilité de collaborer avec des chercheurs climatologues ni accès au même niveau d'expertise climatique en interne, même si la tendance est clairement à un accroissement des compétences climatiques des acteurs urbains. L'expérimentation menée à Toulouse est unique en ce sens qu'elle repose sur un partenariat pérenne de plusieurs années entre la collectivité et une équipe de chercheurs pluridisciplinaire. Même si ces conditions ne sont pas systématiquement reproductibles, les groupes de recherche actuels ou futurs pourraient intégrer les résultats de cette étude et proposer une expertise similaire dans le cadre de leur relation avec les collectivités locales.

Toutefois, ce ne sera peut-être pas suffisant. Le processus de co-construction souligne l'importance d'un interlocuteur, un « lien » entre les chercheurs et les équipes techniques, qui peut alimenter le sujet en permanence, au sein de la collectivité ou d'une structure partenaire (ici une agence d'urbanisme). Cela supposerait de créer de nouveaux profils professionnels ou d'étendre les missions et compétences actuelles des professionnels du climat dans les (grandes) collectivités territoriales ou les agences d'urbanisme. La puissance de diffusion de ces dernières, combinée à leur expertise technique avancée et reconnue, leur capacité d'agir de leur propre initiative et leur indépendance vis-à-vis des décisionnaires politiques constituent de véritables atouts de ce point de vue.
# Synthèse de la PARTIE III

## L'intention de cette partie

Cette dernière partie a présenté les travaux que j’ai pu mener en lien avec la dimension cartographique et la représentation spatiale de données climatiques. Dans ce travail la carte est considérée à la fois comme outil de transfert mais aussi de médiation. La carte climatique n’est donc pas une fin en soi mais est traitée ici comme un processus permettant l’établissement du dialogue nécessaire pour comprendre les besoins des collectivités en termes d’information climatique et pour co-construire un diagnostic territorial partagé par les chercheurs et les praticiens.

## Les moyens mis en oeuvre

Le contenu de la Partie III correspond à une série de travaux de recherche autour de la visualisation et la cartographie climatique sur les sites de Toulouse et Tunis. Pour leur réalisation, plusieurs collaborations ont été nécessaires, notamment avec Najla Touati et Laurent Jegou du LISST, une équipe de référence des cartes climatiques de Hong-Kong<fnref n="81" /> et un réseau de géomaticiens et cartographes français appelé Geo-Visu<fnref n="82" />.

Les articles présentant ces travaux sont en cours de publication dans un numéro thématique que j’ai promu en collaboration avec le Pr. Lutz Katzchner de l’Université de Kassel (Allemagne) pour la revue Cybergeo. Ce numéro est intitulé « *Applied urban climate research for territorial planning purposes* », inclut treize articles produits par des équipes de recherche provenant d’Allemagne, Brésil, Cambodge, Canada, Chili, Colombie, France, Hong-Kong, Singapour et Tunis.

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

* ✓ **2021a** Melis S. Translation of Urban Climate Information Using Chorematic Representation: Case of French Cities. Master Erasmus Mundi MURCS short paper.

* ✓ **2021b** Melis S. Translation of Urban Climate Information Using Chorematic Representation: Case of French Cities. Master Erasmus Mundi MURCS manuscript.

* ✓ **202X Hidalgo J.**, Najla Touati, Sinda Haouès-Jouve, Laurent Jegou, Genevieve Bretagne, Erwan Bocher, Valéry Masson, Arnaud Mayis, Renaud Jougla, Gwendall Petit, Robert Schoetter, collectif GEO-VISU. Mapping the urban climate for summer comfort management in urban planning: climate analysis and semiology of graphics. Cybergeo, Open Edition, submitted

* ✓ **202X Jégou, L.**, Najla Touati, Julia **Hidalgo**. Proposals for the use of graphical models in urban climatic maps. Cybergeo, Open Edition, submitted

* ✓ **202X Mhedhbi Z.**, Julia **Hidalgo**, Cécile Demunck, Sinda Haouès-Jouve, Najla Touati, Valéry Masson.

<footnote n="81">⁸¹ http://www.arch.cuhk.edu.hk/person/ng-yan-yung-edward/</footnote>

<footnote n="82">⁸² Laurent Jegou et Najla Touati (LISST, Toulouse), Françoise Bahoken (IFSTTAR AME, Nantes, France), Anne-Christine Bronner (SAGE, Université de Strassbourg), Gregoire Lecampion, Julie Pierson et Olivier Pissoat (PASSAGES, CNRS/Université de Bordeaux, Bordeaux, France)</footnote>
Tool adjustments to support climate adaptation in urban planning for southern cities: The case of Greater Tunis, Tunisia Cybergeo, Open Edition, submitted

✓ **202X Shi Yin, Chao Ren, Xuyi Zhang, Julia Hidalgo, Robert Schoetter, Yu Ting Kwok, Kevin Ka-Lun Lau.** Potential of Synthetizing Climatopes and Local Climate Zones for Urban Climatic Planning Recommendations: A Case Study in Toulouse, France. Cybergeo, Open Edition, submitted

Les messages clés

* 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 les enjeux climatiques. Il existe en effet 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 pour un certain nombre de thèmes environnementaux. Dans le cadre de la production de la cartographie climatique, rien n'existe pour le moment.

* Dans le cadre des projets ANR-MApUCE (2014-2019) et ADEME-PAENDORA (2017-2019), nous avons testé différentes approches cartographiques. Tout d'abord un approche « par la surface » qui consiste à caractériser la surface urbaine du point de vue microclimatique (inspirée des approches allemand et asiatique) en base à des climatopes<fnref n="83" /> qui a permis la proposition de recommandation génériques. Ensuite, à travers un approche « par l'atmosphère » qui tire parti des compétences fortes que nous avons en France en modélisation microclimatique, et qui permet e territorialiser les recommandations à partir de l'identification des zones à enjeux en croissant 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. Les modèles graphiques sont capables d'exprimer, de manière synthétique et spatiale, les principaux enjeux microclimatiques et peuvent offrir une base de discussion entre chercheurs et acteurs de l'urbanisme équivalente à celle produite à partir d'une modélisation physique.

* Plusieurs points peuvent être mis en avant quand on s'interroge sur les conditions et limites de la réplicabilité des protocoles cartographiques mis en place lors des projets MApUCE et PAENDORA sur d'autres villes françaises :

* Les deux enquêtes effectuées auprès des agences d'urbanisme ont montré que l'absence ou l'insuffisance de compétences en interne combinée à un manque de formation sur les outils disponibles (notamment la base de données urbaine MApUCE dont la visibilité reste limitée), rend difficile l'intégration de ces études et méthodes scientifiques qui ne sont pas encore suffisamment connues et encore moins systématisées du point de vue operationnel.

* Le processus de co-construction mis en œuvre à Toulouse souligne l'importance d'un interlocuteur, un « lien » entre les chercheurs et les équipes techniques, qui peut alimenter le sujet en permanence, au sein de la collectivité ou d'une structure partenaire (ici une agence d'urbanisme). Il est également nécessaire de créer de nouveaux profils professionnels ou d'étendre les missions et compétences actuelles des professionnels du climat dans les (grandes) collectivités territoriales ou les agences d'urbanisme.

<footnote n="83">83 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>
Discussion finale

Les recherches présentées dans ce TOME II, s'inscrivent dans la thématique générale de l'adaptation des villes à la hausse des températures. Nous l'avons vu en introduction, sous nos latitudes, le changement climatique entraîne une hausse généralisée des températures et une intensification des épisodes caniculaires. Le dernier rapport du GIEC publié cet été vient confirmer une fois de plus ce fait déjà observé dans les séries d'observations climatiques (IPCC, 2021). L'îlot de chaleur urbain créé par l'artificialisation du sol et les activités anthropiques, vient exacerber localement les risques de températures extrêmes qui créent des impacts très divers. Trois de ces impacts retiennent grande attention actuellement et sont interconnectés : les impacts sur la santé publique, les impacts sur l'attractivité des territoires et les impacts sur la surconsommation énergétique.

La communauté de recherche internationale a abordé cette problématique depuis plusieurs décennies.

La production de connaissances s'est faite sous l'impulsion 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). Cette dernière anime et met en relation la communauté de recherche internationale à travers sa conférence tri-annuelle, son site web et sa Lettre électronique trimestrielle.

La recherche en climatologie urbaine a fait d'importants progrès dans la mise en relation entre les
propriétés de la surface urbaine et les changements dans l'atmosphère sus-jacente. Des protocoles de mesure et
d'observation spécifiques aux milieux urbanisés ont été développés et standardisés (WMO, 2018). D'importantes
avancées ont été effectuées dans le domaine de la modélisation numérique à toutes les échelles spatiales (de
l'agglomération à la rue en passant par le quartier, Masson et al, 2020b). Pour des besoins de compréhension des
phénomènes et de modélisation, d'importantes avancées ont été produites dans la description des surfaces urbanisées
(Masson et al. 2020a). Ces trois domaines de recherche sont toujours très actifs et de nouveaux verrous scientifiques
sont explorés. Pour ne citer que quelques-uns : comment tirer profit des mesures atmosphériques légères connectées<sup>84</sup> ?
Comment mieux représenter le cycle de l'eau ou les comportements humains dans nos modèles ? Comment associer
forme urbaine et matérialité pour les bases de données urbaines ? La recherche appliquée en climatologie urbaine attire
également de plus en plus l'attention. L'articulation entre la production de savoirs climatiques et besoins opérationnels
en urbanisme reste à ce jour un défi de taille pour les chercheurs et les acteurs opérationnels de toutes les villes.

La communauté de recherche en climatologie urbaine en France a activement participé à cette avancée des connaissances depuis une trentaine d'années. Comme montré dans la Partie II de ce mémoire, plusieurs pôles de recherche sont présents entre Dijon et Besançon, à Grenoble, à La Rochelle, à Lyon, à Nancy, à Nantes, à Paris, à Rennes, à Strasbourg et à Toulouse. Ces équipes ont pu investir une riche diversité de sujets de recherche et développer des outils de modélisation pointus qui ont permis d'étudier les caractéristiques microclimatiques sur ces villes. Ainsi l'îlot de chaleur urbain, l'effet des brises, l'évolution climatique locale en lien avec l'évolution climatique à plus grande échelle, sont des sujets qui ont été étudiés à partir de grandes campagnes de mesures et/ou d'exercices de modélisation souvent interdisciplinaires.

<footnote n="84">84 Des moyens embarqués sur des voitures ou provenant de la gestion de la température sur les bâtiments par exemple</footnote>
La montée en puissance de la prise de conscience du changement climatique anthropique dans l'opinion publique et politique, notamment au cours de la dernière décennie, a joué un rôle majeur en plaçant les questions climatiques à l'échelle urbaine dans l'agenda local, national et international.

Ceci a été traduit de plusieurs manières :

* L'apparition de rapports dédiés. Par exemple les deux rapports intitulés « Cities and Climate Change » publiés en 2011 par les Nations Unies et le *Urban Climate Change Research Network* (UN 2011 ; UCCRN 2011). Ces rapports avaient pour objectif de mettre en avant le rôle que les villes devraient jouer dans les années à venir pour atténuer le changement climatique et s'y adapter.

* L'émergence des réseaux de villes engagées dans la lutte contre le changement climatique aux niveaux international et national. Des réseaux tels que le C40 fondé en 2010 et qui comprend désormais une centaine de villes, d'ICLEI (*Local Governements for Sustainability*) et le *Global Cool Cities Alliance* ont vu le jour.

* L'évolution forte du cadre réglementaire. Atténuation<fnref n="85" /> comme adaptation<fnref n="86" /> 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. À ces outils spécifiques s'ajoute une myriade de chartes et plans à caractère environnemental qui servent de référence même s'ils ne sont qu'incitatifs.

Le cadre réglementaire en France suit cette évolution et met en place une territorialisation progressive des politiques climatiques et énergétiques. 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. Partant d'objectifs globaux, des actions se sont implantées à des échelles de plus en plus locales et ont eu de fortes implications sur le développement régional et l'urbanisme. De la Mission interministérielle de l'effet de serre<fnref n="87" /> qui avait élaboré en 2000 le premier Programme national de lutte contre le changement climatique (PNLCC) à nos jours, une succession de Plans et de lois ont permis de structurer les politiques énergétiques et climatiques à l'échelle locale.

Ainsi, suite aux évolutions législatives récentes, l'intégration des enjeux climatiques et énergétiques s'impose directement dans les outils de planification spatiale des collectivités territoriales (le Schéma de Cohérence Territoriale, SCOT, et le Plan Local d'Urbanisme, PLU) ou à travers des liens de compatibilité avec des outils dédiés comme le Plan Climat Air Énergie Territorial (PCAET).

Dans ces documents, lors de l'Évaluation environnementale, les volets atténuation et adaptation n'ont pas le même cadrage méthodologique. Des bilans carbone sont par exemple requis par secteur d'activité afin d'identifier les actions de réduction des émissions de Gaz à effet de Serre tandis que rien n'est imposé concernant le volet adaptation.

Comme nous l'avons vu dans le Chapitre 2 de la Partie II, sur l'enjeu d'adaptation au risque de températures extrêmes en milieu urbain, cela semble cohérent avec le rythme de développement des méthodes de production de connaissances spatiales à ces échelles fines. Le processus d'intégration des enjeux de confort d'été dans la planification et l'aménagement urbains a plutôt consisté, ces dernières années, dans l'appropriation par les acteurs d'une série de documents institutionnels publiés par l'ADEME, Météo-France, les agences d'urbanisme et quelques grandes collectivités. Ces documents de sensibilisation expliquaient les bases du phénomène de chaleur urbain et les enjeux liés

<footnote n="85">⁸⁵ 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="86">⁸⁶ L'adaptation concerne la réduction des risques et des impacts des effets néfastes du changement climatique (tempêtes, inondations, sécheresse ...).</footnote>

<footnote n="87">⁸⁷ 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>
au confort d'été, les impacts sur l'environnement et la santé ainsi que les leviers d'actions possibles (végétalisation, forme urbaine, matériaux, contention de l'utilisation de la climatisation ...).

Dans le contexte précédemment introduit, les projets de recherche ANR-MApUCE (2015-2019) et ADEME-PAENDORA (2017-2020) avaient pour objectif de répondre à un certain nombre de verrous scientifiques d'actualité dans le cadre des villes françaises. **Les questions générales de recherche pourraient être énoncées comme suit :**

> Etant donné que le cadre réglementaire impose aux collectivités la prise en compte des enjeux de confort d'été dans la planification et l'aménagement urbain et que des outils de mesure et de modélisation de l'atmosphère urbaine sont disponibles à des résolutions spatiales suffisantes pour caractériser l'îlot de chaleur urbain à l'échelle des quartiers :

* Est-il possible de pourvoir ces diagnostics microclimatiques spatiaux partout sur le territoire ?

* Quelle est la mise en forme nécessaire pour que ce diagnostic puisse être intégré à un document d'urbanisme ?

* Quelles informations climatiques faut-il mettre en avant et, dans quelles étapes du document d'urbanisme, afin que cet enjeu soit approprié par les services techniques, les élus et plus largement les acteurs de l'urbanisme ?

**Ce travail collaboratif a nécessité l'implication d'une équipe pluridisciplinaire et nombreuse.** Des chercheurs et chercheuses statutaires : Marie Laure-Lambert du LIEU dans le domaine des études juridiques ; Marion Bonhomme, Nathalie Tornay et Serge Farault dans le domaine de l'architecture pour le LRA et le LMDC ; des Sociologues comme Jean-Pierre Levy du LATTS ; des Géomaticiens comme Erwan Bocher du Lab-STICC et Najla Touati du LISST ; des chercheurs en Géographie urbaine comme Nathalie Long ou Didier Vye du LIENSs et Sinda Houès-Jouve du LISST ; des chercheurs en climatologie urbaine comme Valéry Masson du CNRM et moi-même.

Un nombre important de chercheurs non statutaires ont également effectué leur CDD, leur stage, thèse ou post-doc dans le cadre de ces deux projets. Leur rôle a été central en prenant en charge des développements clés comme la rédaction des fiches outils sur le cadre réglementaire (Coralie Demazeux et Emile Goze) ; le développement des typologies d'usager à l'échelle du bâtiment pour la modélisation climatique (Alexis Bourgeois et Margot Pellegrino) ; le développement des typologies pour les bâtiments français (Alexandre Ammosé) ; les simulations microclimatiques (Robert Schoetter) ; les types de temps sensibles (Renaud Jougla) ; la mise en place de la BD-MApUCE (Gwendal Petit et Christine Plumejeaud) ; l'analyse des cas exemplaires en France et à l'international (Claudia Ximena) ; le Kit des données clés de l'adaptation publié par l'ADEME (Ophélie Touchard), etc.

Mais ce travail n'aurait pas pu être effectué sans l'implication de la Fédération Nationale des Agences d'Urbanisme et de nos trois terrains d'application, Aix en Provence-Marseille, La Rochelle et Toulouse. En effet, un groupe de travail constitué de praticiens des agences d'urbanisme de Toulouse (Geneviève Bretagne), Paris (Erwan Cordier, Laurence Nolorgues), Strasbourg (Valentine Ruff), Saint Omer (Sophie-Caillerez) et l'agence d'urbanisme d'Atlantique et Pyrénées (Cecile Gallato) ont participé sur toute la durée du projet. Ce groupe de travail a été moteur tant dans la mise en place de l'enquête sur les pratiques professionnelles des agences vis à vis des enjeux climatiques que sur le regard critique de nos productions depuis le point de vue opérationnel. Les trois collectivités ont permis que l'équipe projet local les accompagne sur un exercice opérationnel. Le travail effectué en collaboration avec les Directions de l'Environnement (Valérie Edouart, et avant elle, Claire Marie Genestar) et avec la Direction de la réglementation urbaine (Lise Debrye) de Toulouse Métropole dans le cadre de l'élaboration du PLUi-H a été largement présenté dans le TOME I et la partie III de ce TOME II, et il a été clé dans le développement du travail cartographique.
Chacun de ceux qui ont participé à ces projets pourra sûrement mettre en récit l'apport des projets MApUCE et PAENDORA et ses résultats originaux au regard de son propre chantier de recherche ou de travail.

Pour ma part, les questions de recherche précédemment énoncées ont été étudiées sous l'angle de la cartographie climatique. Ce chantier a nécessité en effet, le développement préalable de méthodes de production de données urbaines et microclimatiques spatiales en base à la modélisation ; l'exploration de diverses techniques cartographiques ; et en parallèle l'analyse du cadre réglementaire. Ce chantier a donc mobilisé l'ensemble des développements des projets. Je me suis intéressée :

* en **collaboration avec des juristes, au cadre réglementaire.** J'ai ainsi participé au volet sur l'analyse du cadre réglementaire porté par Marie-Laure Lambert du LIEU dans lequel j'ai apporté un éclairage concernant les leviers d'action en matière d'adaptation à la hausse de températures en milieu urbain. Nous avons également travaillé ensemble dans l'élaboration du « Guide de recommandations générales pour les documents de planification issus du projet MApUCE »<sup>88</sup> qui a été une étape importante d'intégration et transversalité des résultats et développements du projet.

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

* J'ai ainsi co-encadré avec Sinda Haouès-Jouve du LISST le travail de post-doc de Claudia Ximena dont l'objectif était d'identifier des expériences en France et à l'étranger afin de constituer un panel de projets considérés comme des « bonnes pratiques ». Il s'agissait d'identifier les leviers permettant à ces projets de voir le jour et d'aboutir, et de réaliser un retour d'expérience afin de capitaliser leurs acquis et d'éclairer leurs points de fragilité.

* La collaboration avec les services de Toulouse Métropole et l'agence d'urbanisme m'a aidé à m'acculturer au cadre d'élaboration opérationnel du PLUi, à identifier des données pertinentes dans ce cadre opérationnel, à tester les méthodes cartographiques et à travailler en collaboration avec Sinda Haouès-Jouve du LISST à l'élaboration de plusieurs documents à destination des acteurs : *Un Guide de recommandations pour la prise en compte du climat dans la construction de la Métropole de demain*<sup>89</sup> édité avec Toulouse Métropole; un *Atlas climatique sur le périmètre de Toulouse Métropole* édité avec l'Agence d'urbanisme et un *Kit des données clés de l'adaptation. Diagnostiquer l'adaptation au changement climatique dans les documents d'urbanisme*<sup>90</sup> édité avec l'ADEME.

* en **collaboration avec des climatologues et géographes, je me suis intéressée à la production de données urbaines et micro-climatiques à partir de méthodes généralisables à l'ensemble de la France.** Comme discuté en Partie II de ce mémoire, ce volet scientifique a été de grande importance car il a constitué la démocratisation de l'accès aux données climatiques sur toute une agglomération urbaine aux résolutions suffisamment fines pour être intégrées à un document d'urbanisme. Mon apport personnel a consisté, en collaboration avec Guillaume Dumas (stages MI et MII, LISST), à proposer une méthode pour identifier les Zones Climatiques locales à partir de la BD-urbaine MApUCE qui a ensuite été implémenté dans la chaîne de calcul de la BD-MApUCE. En collaboration avec Najla Touati et Pauline Crombette (IE et CDD, LISST), nous avons obtenu des cartes de végétation à haute résolution pour une quinzaine de villes à partir de données de télédétection SPOT6 qui ont servi à évaluer la qualité des données de végétation issues de la BD TOPO<sup>®</sup> de

<footnote n="88"><sup>88</sup> 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</footnote>

<footnote n="89"><sup>89</sup> 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.</footnote>

<footnote n="90"><sup>90</sup> 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-l-adaptation</footnote>
l'IGN. Une grande partie de mon travail de recherche a consisté à analyser les données issues des simulations microclimatiques afin d'isoler les phénomènes physiques à retenir lors de l'élaboration cartographique. J'ai par ailleurs travaillé en collaboration avec Renaud Jougla (CDD, LISST) à l'identification des situations météorologiques récurrentes pour le panel des cinquante villes du projet.

* en **collaboration avec des cartographes et géomaticiens**, je me suis finalement intéressée à **comment visualiser et mettre en forme ces données urbaines et microclimatiques afin de fournir un diagnostic microclimatique territorialisé**. La partie III de ce mémoire présente les différentes approches qui ont été développées et les moyens mis en œuvre pour y arriver.

Ces travaux de recherche viennent apporter des méthodologies et des données pour mieux prendre en compte la gestion des températures extrêmes en milieu urbain à travers les documents d'urbanisme. Il reste néanmoins du chemin à parcourir pour relier les politiques climatiques sur ce sujet aux politiques de gestion de risques d'une manière plus générale. Ces dernières reposent sur différents principes<fnref n="91" /> et la connaissance des phénomènes, les cartes d'exposition et leur prise en compte dans l'aménagement et l'urbanisme n'est qu'une partie.

**Mais, comment mettre en pratique une véritable ingénierie de risque sur cette thématique ?**

Classiquement dans la gestion des risques cela consiste à mettre en place une professionnalisation des pratiques qui permette aux acteurs du territoire d'identifier et anticiper les situations qui peuvent "endommager" ou affecter le territoire dans son fonctionnement ; d'assurer un fonctionnement en mode dégradé du territoire pendant une crise dont les effets peuvent être prolongés ; finalement, permettre aux acteurs du territoire d'accompagner un retour à la normale<fnref n="92" />.

Concernant la gestion des périodes caniculaires, pour l'instant ils ont été déployés le Plan national canicule (PNC) et le Système d'alerte canicule et santé (Sacs) qui se sont mis en place après la canicule exceptionnelle de 2003. Nous sommes néanmoins face à une évolution de long terme des ces évènements caniculaires. Il est espéré en France une évolution vers des évènements caniculaires plus fréquents, plus intenses et plus longs, les températures extrêmes en milieu urbain vont rentrer de moins en moins dans la catégorie des risques majeurs caractérisés eux par une faible fréquence et une énorme gravité<fnref n="93" />. Il y a même un enjeu fort à considérer l'élévation de la température locale comme un risque car ses impacts, bien que visibles dans les statistiques épidémiologiques et de surmortalité<fnref n="94" />, sont plus silencieux du point de vue des dommages structurelles et de la sinistralité causés que d'autres aléas naturels comme les inondations ou les glissements de terrains. Le statut même de l'élément air est à interroger dans ce contexte car, à différence de l'hydrosphère et de la lithosphère, l'atmosphère n'a pas de frontières et sa matérialité et donc sa pollution thermique (et non seulement chimique) par les activités atrophiques et l'urbanisation est un danger plus difficile à saisir par le grand public en général.

<footnote n="91">⁹¹ la connaissance des phénomènes, de l'aléa et du risque (cartes d'aléas) ; l'information préventive et l'éducation des populations ; la prise en compte des risques dans l'aménagement et l'urbanisme (élaboration des PPR naturels, technologiques et miniers, prise en compte dans la planification territoriale) ; la réduction de la vulnérabilité (qui peut aller jusqu'à l'expropriation) ; l'anticipation de la crise, la surveillance et le retour d'expérience (dans le domaine de l'hydrologie par exemple, la prévision des crues). La prise en compte des risques dans les documents d'urbanisme. DDT43. http://www.auvergne-rhone-alpes.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/la_prise_en_compte_des_risques_par_les_documents_d_urbanisme_cle7129ff.pdf</footnote>

<footnote n="92">⁹² 30 fiches pour mieux intégrer les risques dans l'aménagement. Les rapports d'étude du CERTU. Mars 2009</footnote>

<footnote n="93">⁹³ La prise en compte des risques dans les documents d'urbanisme. DDT43. http://www.auvergne-rhone-alpes.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/ pg. 4</footnote>

<footnote n="94">⁹⁴ https://www.santepubliquefrance.fr/les-actualites/2019/canicules-effets-sur-la-mortalite-en-france-metropolitaine-de-1970-a-2013-et-focus-sur-les-etes-2006-et-2015</footnote>
De la même manière que nous avons besoin de construire de nouvelles recherches hybrides à la frontière entre les sciences du climat et les études urbains, des nouveaux métiers et profils professionnels associés à la gestion des enjeux climatiques dans l'urbanisme sont en train d'émerger. Quelques thèses ont été réalisées ces derniers années en collaboration avec des collectivités et quelques de ces doctorants ont ensuite intégré la collectivité avec un contact plus ou moins proche avec la recherche. C'est par exemple le cas de Guillaume Dumas, géographe urbaniste de formation et qui a réalisé sa thèse en climatologie urbaine entre Toulouse Métropole et le CNRM (co-dirigé par Valéry Masson au CNRM et moi même au LISST).

A l'instar des géographes urbanistes, des architectes urbanistes, des sociologues urbanistes ou encore des psychologues urbanistes, nous assistons en France à l'émergence de la première génération de climatologues urbanistes... C'est très encourageant !
Annexe 1 :

Rapport de présentation : il doit expliquer l'articulation entre les documents internes du PLU(i)<fnref n="95" /> (le projet d'aménagement et de développement durables, les orientations d'aménagement et de programmation, le règlement) ainsi que justifier les mesures permettant une plus grande flexibilité du règlement du PLU(i)<fnref n="96" />, les possibilités par exemple de définir des secteurs où s'appliquent uniquement des orientations d'aménagement et de programmation (OAP), sans règlement. 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="97" />.

* L'évaluation environnementale doit analyser l'état initial de l'environnement<fnref n="98" /> et les perspectives de son évolution, les conséquences éventuelles de l'adoption du plan sur les éléments importants de l'environnement, y compris le climat<fnref n="99" /> ainsi que les mesures envisagées pour éviter, réduire et compenser s'il y a lieu, les conséquences dommageables de la mise en œuvre du document<fnref n="100" />. Elle définit enfin les critères et indicateurs permettant de suivre les effets du plan sur l'environnement<fnref n="101" />.

* 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.

* A partir de ces données, l'impact des choix d'urbanisme effectués par le PLU(i) seront analysés et devront être justifiés dans le rapport de présentation, dans la mesure où il réduisent ou aggravent l'imperméabilisation des sols, modifient les formes urbaines, maintiennent, augmentent ou diminuent la végétation et la présence de l'eau en ville. Seules des données spatiales sur le microclimat urbain et des réflexions à long terme pourront assurer la cohérence des choix d'aménagement tenant compte de paramètres nombreux et parfois contradictoires (équilibre entre construction et préservation des zones agricoles et naturelles, densification et maîtrise de l'ICU, rénovation thermique des bâtiments, intégration des énergies renouvelables et préservation du patrimoine ancien et des paysages). Cependant, si le rapport de présentation présente une opportunité de prise en compte du réchauffement urbain, 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="102" />.

<footnote n="95">⁹⁵ art. L151-4 du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="96">⁹⁶ L'évolution récente vers un urbanisme de projet, reposant sur un « droit souple », une « simplification des normes », un règlement du PLU(i) plus « flexible et moins standardisé [...], favorisant la création architecturale et la diversité des formes urbaines », a conduit à renforcer les exigences en matière de justification des règles édictées. (source: Ministère du logement et de l'habitat durable, DHUP/QV3, Fiches techniques : décret sur la modernisation du contenu du PLU Juillet 2016 http://www.logement.gouv.fr/plan-local-d-urbanisme-intercommunal-plui-et-plan-local-d-urbanisme-</footnote>

<footnote n="97">⁹⁷ art. R151-1, 3° du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="98">⁹⁸ art. R151-3,2° Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="99">⁹⁹ art. R151-3,3° Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="100">¹⁰⁰ art. R151-3,5° Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="101">¹⁰¹ art. R151-3,6° Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="102">¹⁰² 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>
**PADD** : Le PADD énonce des objectifs stratégiques dans les domaines de l'urbanisme, mais aussi de l'énergie et du climat en application de l'article L101-2 du code de l'urbanisme. Il apparaît comme le cadre de référence et de cohérence des différentes actions d'aménagement engagées par la commune. **Il représente le « projet politique » du PLU(i), mais n'est pas opposable aux tiers, c'est-à-dire qu'il ne s'impose pas à d'autres documents en dehors du PLU(i). En revanche, il est opposable au règlement du PLU(i), dans un rapport de cohérence. Ainsi, les dispositions réglementaires ne doivent pas aller à l'encontre des objectifs fixés par le PADD.**

* Le PADD, pour favoriser la lutte contre le changement climatique et atténuer le phénomène d'îlot de chaleur urbain, 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). Plusieurs leviers d'action peuvent être ainsi visés :

* **la forme urbaine** (ventilation des rues et ombre portée des bâtiments) : Le PADD peut développer une réflexion sur la climatisation passive des quartiers urbains ou des espaces publics, en optimisant les phénomènes d'ombrage et de ventilation naturelle des rues et des pieds de bâtiments.

* **la végétalisation** (évapotranspiration, ombrage, trame verte urbaine) : la protection des milieux naturels et des paysages, la préservation des espaces verts et des continuités écologiques sont des objectifs qui doivent trouver une traduction au sein du PADD<fnref n="103" />. Ce dernier doit donc définir « 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 »<fnref n="104" />. Il y a ici plusieurs enjeux : renforcer la compacité de la forme urbaine par la densité tout en intégrant et protégeant les îlots verts publics et privés et introduire des orientations visant à renforcer la végétalisation des espaces.

* **l'eau** (trame bleue urbaine, noues, fontaines, arrosage des espaces verts et chaussées) : La présence de l'eau, sa circulation dans les espaces urbains a un effet positif en termes de diminution de la température de l'air. Toutes les techniques qui permettent de maintenir cette présence, de ralentir les écoulements pluviaux dans les réseaux de collecte présentent donc un double intérêt: rafraîchir la zone en limitant les îlots de chaleur urbains, et éviter l'engorgement des réseaux de collecte et des stations d'épuration en période de fortes précipitations. Il y a ainsi plusieurs enjeux : prévoir une action d'intégration de la trame bleue dans l'agglomération pour lui conférer le caractère de trame bleue urbaine ; intégrer des orientations traitant de la gestion des eaux : 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...

<footnote n="103">103 art. L101-2 6° du Code de l'urbanisme</footnote>

<footnote n="104">104 art. L151-5 Code de l'urbanisme</footnote>
Les orientations d'aménagement et de programmation, OAP : les 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="105" />. Elles peuvent être définies graphiquement, ou de façon écrite. Les orientations d'aménagement ont pour objet de préciser et compléter le contenu du PADD, elles peuvent être de trois types :

* OAP sectorielles (par secteur ou quartier), « les orientations d'aménagement et de programmation par quartier ou secteur définissent les conditions d'aménagement garantissant la prise en compte des qualités architecturales, urbaines et paysagères des espaces dans la continuité desquels s'inscrit la zone, notamment en entrée de ville »<fnref n="106" />.

* OAP sectorielles d'aménagement (sans dispositions réglementaires), « les OAP dont les conditions d'aménagement et d'équipement ne sont pas définies par des dispositions réglementaires garantissent la cohérence des projets d'aménagement et de construction avec le PADD. Elles portent au moins sur : 1 ° La qualité de l'insertion architecturale, urbaine et paysagère ; 2 ° La mixité fonctionnelle et sociale ; 3 ° La qualité environnementale et la prévention des risques ; 4 ° Les besoins en matière de stationnement ; 5 ° La desserte par les transports en commun ; 6 ° La desserte des terrains par les voies et réseaux. Ces orientations d'aménagement et de programmation comportent un schéma d'aménagement qui précise les principales caractéristiques d'organisation spatiale du secteur »¹⁰⁷.

* OAP patrimoniales: « Les OAP peuvent comprendre des dispositions portant sur la conservation, la mise en valeur ou la requalification des éléments de paysage, quartiers, îlots, immeubles, espaces publics, monuments, sites et secteurs qu'elles ont identifiés et localisés pour des motifs d'ordre culturel, historique, architectural ou écologique, notamment dans les zones urbaines réglementées en application de l'article R. 151-19 »<fnref n="108" />.

Les OAP sont opposables aux permis de construire, mais seulement dans un rapport de compatibilité<fnref n="109" />. 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 vérifiables, elles peuvent parfois être rédigées de manière quantitative mais ne doivent pas s'apparenter à un règlement »<fnref n="110" />.

Dans le respect des missions de l'article L101-2, 7° du Code de l'Urbanisme (lutte contre le changement climatique et adaptation à ce changement), ces objectifs permettent d'intégrer des réflexions et objectifs sur la rénovation ou l'aménagement énergétique et climatique des quartiers, la gestion de la végétalisation urbaine et des espaces publics dans un but de lutte contre l'ICU. Plus précisément, l'article R151-7 prévoit que les OAP peuvent « comprendre des dispositions portant sur la conservation, la mise en valeur ou la requalification des éléments de paysage, quartiers, îlots, immeubles, espaces publics, [...] sites et secteurs qu'elles ont identifiés et localisés pour des motifs d'ordre [...] écologique ». Lambert considère que si l'on entend ce motif d'ordre « écologique » au sens large d'écologie urbaine, on peut donc y intégrer les objectifs d'adaptation au changement climatique et toutes les manières de lutter contre les ICU. L'article

<footnote n="105">105 art. L151-6 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="106">106 art. R. 151-6 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="108">108 art. R. 151-7 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="109">109 art. L152-1 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="110">110 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>
R151-8 indique également que les OAP des zones urbaines ou à urbaniser portent « au moins sur 1° La qualité de l'insertion architecturale, urbaine et paysagère ; [...] 3° La qualité environnementale... ».

* Le ministère considère que ces thèmes peuvent se décliner en orientations portant par exemple sur :

* « Les hauteurs moyennes du bâti, et les principes d'implantation des constructions le long des voies et emprises publiques ;

* La densité attendue par la représentation de volumes constructibles précisant les orientations programmatiques définies sur la zone. En l'occurrence, le recours à des représentations en trois dimensions peut s'avérer extrêmement utile ;

* L'implantation des espaces libres, leur rôle environnemental et leur nature ; »<fnref n="111" />.

Par rapport aux leviers d'action ceci se traduit en :

○ **la forme urbaine** (ventilation des rues et ombre portée des bâtiments) : Les OAP peuvent « prendre la forme de schémas d'aménagement et préciser les principales caractéristiques des voies et espaces publics »<fnref n="112" />. Cette disposition a un impact sur les formes urbaines et permet donc une réflexion sur l'intégration des îlots dans leur environnement proche est ainsi possible.

○ **la végétalisation** (évapotranspiration, ombrage, trame verte urbaine) : Les OAP peuvent « définir les actions et opérations nécessaires pour mettre en valeur l'environnement, notamment les continuités écologiques»<fnref n="113" />. En précisant les principes d'aménagement des espaces extérieurs, elles permettent d'identifier et préserver la végétation lorsqu'elle peut jouer un rôle pour protéger les constructions futures des rayonnements solaires estivaux et lorsqu'elle peut contribuer au confort hygro-thermique des espaces extérieurs. Plus précisément, elles peuvent :

- maintenir et renforcer les éléments de la trame végétale : alignements d'arbres, haies, bandes enherbées... avec l'objectif de ne pas dégrader, voire d'améliorer la situation initiale en termes de couverture arborée et biodiversité ;

- localiser des espaces verts publics existants et à créer ;

- préciser les éléments remarquables à maintenir ;

- localiser des bandes végétales en pied de façade à ne pas minéraliser ;

- prendre en compte l'ensemble de ces éléments dans l'implantation indicative du bâti, ainsi que dans la diversité d'usage des espaces extérieurs: jardins collectifs, jardins privatifs...

- les OAP peuvent également faire figurer un coefficient de biotope par surface. C'est à dire, de définir le pourcentage d'une surface aménagée qui sera définitivement consacrée à la Nature (surface végétalisée et/ou favorable aux écosystèmes locaux et aux espèces locales) dans la surface totale d'une parcelle à aménager ou aménagée<fnref n="114" />. Ce pourcentage vise à créer un équilibre entre une surface végétalisée, naturelle, et une surface urbanisée ou à construire.

**Albédo**¹¹⁵ (matériaux des bâtiments et des espaces publics) et **émission de chaleur** (climatisations) : Les OAP permettent de préciser les principes d'aménagement. A ce titre, elles peuvent utiliser plusieurs incitations à limiter les

<footnote n="111">¹¹¹ 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="112">¹¹² art. L151-7-5° du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="113">¹¹³ art. L151-7 1° du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="114">¹¹⁴ 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>
espaces bitumés à faible albédo (voiries et parkings) : optimiser chaque voirie afin de limiter la surface dédiée à la circulation, mutualiser les aires de stationnement pour limiter leur emprise (notamment entre des équipements publics et des commerces), inscrire des emplacements réservés au co-voiturage, à l'auto-partage ou à des parkings relais, afin de favoriser des usages alternatifs de la voiture. **Les OAP peuvent également fixer une obligation de résultat sur le confort d'été, qui prohibe le recours à la climatisation.** C'est l'exemple de l'OAP sectorielle pour la commune de Boé, secteur de la ZAC de Marot du PLUi d'Agen « L'OAP recommande de ne pas installer de climatisation dans les bâtiments, dans le cadre de la certification « Habitat et Environnement » pour les logements collectifs et maisons groupées : garantie de résultats, [...] pas de climatisation. » (Lambert et al. 2017)

**Eau** (trame bleue urbaine, fontaines, arrosage des espaces verts et chaussées) : Enfin, les OAP peuvent « définir les actions et opérations nécessaires pour mettre en valeur l'environnement, notamment les continuités écologiques » (Art. L151-7 1° du Code de l'Urbanisme), ce qui peut inclure un travail sur les trames bleues, la présence de l'eau dans le milieu urbain et l'infiltration naturelle des eaux pluviales, la lutte contre l'imperméabilisation des sols.

**Règlement** : 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="116" />. **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 positives 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. Ainsi, interdit-il aux collectivités de se fonder sur le contenu d'un PLU(i) pour « s'opposer à l'utilisation de matériaux renouvelables ou de matériaux ou procédés de construction permettant d'éviter l'émission de GES, à l'installation de dispositifs favorisant la retenue des eaux pluviales ou la production d'énergie renouvelable correspondant aux besoins de la consommation domestique des occupants de l'immeuble ou de la partie d'immeuble concernés »<fnref n="117" />. Le Code de l'Urbanisme détaille également l'ensemble des règles que le règlement pourrait mettre en œuvre dans un objectif climatique (occupation et utilisation des sols interdites, implantations des constructions par rapport aux emprises et voies publiques, obligations imposées aux constructions, travaux, installations et aménagements, en matière de performances énergétique et environnementale...)<fnref n="118" />.

* Depuis la réforme de 2014, l'articulation du contenu du règlement se fait autour de 3 enjeux : **Destination des constructions, usages des sols ; Caractéristiques urbaine, architecturale, environnementale et paysagère ; et Équipement et réseaux.** Par suite, la construction du règlement par articles, qui prévalait auparavant, devient facultative mais cette structure était encore, en 2017, familière aux rédacteurs de PLU(i) et la fiche sur le Règlement issue du projet MApUCE a choisi de conserver cette structure (Lambert et al. 2017).

* L'objectif général d'adaptation au changement climatique est peu repris dans la description des objectifs du règlement des PLU(i) tels que décrits par le code de l'urbanisme. On peut néanmoins retenir de l'article L151-18 du code de l'Urbanisme, que « le règlement peut déterminer des règles concernant l'aspect extérieur des constructions neuves, rénovées ou réhabilitées, leurs dimensions, leurs conditions d'alignement sur la voirie et de distance minimale par rapport à la limite séparative et l'aménagement de leurs abords, afin de contribuer [...] à l'insertion des constructions dans le milieu environnant ». Interprétée largement, cette « insertion dans

<footnote n="115">115 L'albédo, est le pouvoir réfléchissant d'une surface, c'est-à-dire le rapport de l'énergie lumineuse réfléchie à l'énergie lumineuse incidente. C'est ainsi une grandeur sans dimension. (source : Wikipedia)</footnote>

<footnote n="116">116 art. L152-1 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="117">117 art. L111-16 du Code de l'Urbanisme</footnote>

<footnote n="118">118 art. R151-9 à 16 du Code de l'Urbanisme</footnote>
l'environnement » peut englober l'adaptation au changement climatique et donc notamment la lutte contre les îlots de chaleur urbains. Dans ce sens, le règlement du PLU(i) 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).

* Plus précisément, le règlement peut jouer sur certains paramètres en lien avec le micro-climat urbain :

* **Forme urbaine** (ventilation des rues et ombre portée des bâtiments) : Les articles 6, 7 et 8 permettent de privilégier une forme urbaine compacte, ou au contraire de créer des coupures d'urbanisation. Les choix à privilégier pour la forme urbaine dépendent donc du contexte climatique et de la topographie de la zone. En règle générale, la compacité urbaine est plutôt favorable au confort d'hiver (meilleure performance énergétique, effet de coupure des vents dominants) et peut avoir des effets bénéfiques sur le confort d'été (effet d'ombrage). En revanche, le phénomène d'îlot de chaleur urbain peut obliger, dans certaines villes ou certains quartiers, à favoriser les coupures d'urbanisation afin d'améliorer la ventilation naturelle des espaces publics. Les choix en matière de recul dépendront également des types de quartiers. En général il est prévu (avec des dérogations possibles) :

* un alignement dans les centres anciens, et les perspectives monumentales ou urbaines,

* un recul par rapport aux voies dans les zones péri-centrales plus discontinues. Concernant le confort d'été, ce recul peut être favorable en terme de ventilation, mais peut aussi renforcer l'ensoleillement, sauf si une végétalisation des espaces de recul est prévue.

**L'article 10** traite des prescriptions relatives à la hauteur maximale des constructions et celles-ci peuvent impacter la ventilation des rues (effet canyon) et leur ombrage.

**Végétalisation** (évapotranspiration, ombrage, trame verte urbaine) : La végétalisation des espaces publics ou des toitures peut limiter avec évidence la surchauffe estivale. Le code de l'urbanisme donne compétence au règlement du PLU(i) pour développer les surfaces végétalisées dans les villes. Même si l'objectif affirmé est lié aux enjeux de biodiversité et de trame verte, ces mesures ne manqueront pas d'avoir un effet sur le confort d'été et la limitation des îlots de chaleur urbains.

**Espaces boisés classés**, Le PLU(i) peut classer en Espaces Boisés Classés, dans n'importe quelle zone, des « bois, forêts, parcs à conserver, à protéger ou à créer », ainsi que des « arbres isolés, haies ou réseaux de haies et des plantations d'alignement ». Ce classement permet d'une part, de contrôler les défrichements, les abattages d'arbres ou de haies et tout changement d'affectation du sol par le biais de la déclaration préalable<fnref n="119" />. D'une autre part, de constituer des réserves foncières, afin d'utiliser les sites disponibles dans les périmètres concernés par les îlots de chaleur urbains, en les végétalisant pour augmenter les capacités de rafraîchissement d'un quartier ou d'une ville.

**Coefficient de biotope**, cet outil n'est pas obligatoire mais peut être utile pour garantir la présence d'espaces végétalisés. Le règlement du PLU(i) « précise les types d'espaces, construits ou non, qui peuvent entrer dans le décompte de cette surface minimale en leur affectant un coefficient qui en exprime la valeur pour l'écosystème par référence à celle d'un espace équivalent de pleine terre ». Il peut également « imposer des obligations en matière [...] de plantations » (article R151-43 du Code de l'Urbanisme). Le coefficient de biotope donne des équivalences pondérées par rapport à la végétalisation de la pleine terre, aux différentes formes que prennent la perméabilisation des sols ou la végétalisation des espaces urbains. Il peut être adapté à chaque type de zones, aux différents types de travaux (réhabilitation ou constructions neuves). Il peut varier selon la destination des constructions (exemple : 0,30 pour les logements, 0,60 pour les équipements publics...) ou en fonction des espaces verts déjà présents dans le quartier (le taux sera d'autant plus important que le quartier est pauvre en espaces verts).

**En se référant aux articles, voici les principaux points à exploiter :**

<footnote n="119">¹¹⁹ art. L421-4 du Code de l'Urbanisme</footnote>
* L'article 6, en imposant un alignement ou un retrait des immeubles par rapport à la voirie, peut permettre de végétaliser les pieds d'immeubles et l'espace public.

* L'Article 9, sur l'emprise au sol des constructions permet de prescrire une succession de bandes plus ou moins constructibles sur une même parcelle. Ce système de bandes constructibles peut privilégier la constructibilité de la bande la plus proche des voies et emprises publiques et limiter la constructibilité des fonds de terrain. Ceci permet le maintien d'espaces libres et végétalisés dans la partie arrière des parcelles, en favorisant les cœurs d'îlots végétalisés.

* L'article 11 peut favoriser les toitures végétalisées, lesquelles peuvent déroger aux règles concernant l'aspect extérieur des bâtiments.

* L'article 12 règlemente les places de stationnement, il peut également fixer un coefficient d'imperméabilisation maximum autorisé après aménagement. Il peut également être complété par une disposition de l'article 13.

* L'article 13 concerne les prescriptions en matière de gestion des espaces libres et permet d'imposer des obligations aux nouvelles constructions et aux opérations d'aménagement en matière de végétalisation. Il permet de protéger la végétation existante, notamment en interdisant l'abattage d'arbres. Il peut imposer de planter abondamment les espaces non bâtis, les aires de stationnement. Il peut imposer une proportion minimale d'espace vert située par exemple en cœurs d'îlots, imposer les espaces verts de pleine terre... Il peut également préciser le type d'arbres à privilégier ainsi que leur nombre. L'article 13 peut être l'occasion d'utiliser la protection particulière des "éléments de paysage" végétaux afin de les conserver, les remplacer mais aussi préserver la canopée végétale et l'absence d'imperméabilisation du sol. Il est désormais renforcé par les objectifs Zero Artificialisation Nette.

* Les articles 14 et 15, sur les continuités écologiques et trames vertes, permet d'identifier et localiser les éléments de paysage et des secteurs à protéger pour des motifs d'ordre écologique, notamment pour la préservation, le maintien ou la remise en état des continuités écologiques et définir, le cas échéant, les prescriptions de nature à assurer leur préservation<fnref n="120" />. « Il peut localiser, dans les zones urbaines, les terrains cultivés et les espaces non bâtis nécessaires au maintien des continuités écologiques à protéger et inconstructibles quels que soient les équipements qui, le cas échéant, les desservent. » Les prescriptions en matière de performance environnementales permettent d'imposer aux projets le respect des continuités écologiques (trames vertes) qu'elles soient à préserver mais aussi à créer ou à restaurer.

**Albedo - L'Article 11** du règlement est relatif à l'aspect extérieur des constructions, et peut aborder l'**albédo** des matériaux des bâtiments et des espaces publics. Dans cet objectif, qui lie esthétique et climat, il peut prescrire une palette de couleurs claires, qui ont un meilleur albedo, limiter les matériaux brillants par exemple, voire « déterminer des règles concernant l'aspect extérieur, en imposant ou en prescrivant l'utilisation de certains matériaux pour les constructions » 5. **Concernant l'émission de chaleur, il peut interdire l'installation de climatisations.**

En revanche, Lambert considère comme possible que la nouvelle rédaction de l'article L151-18 du Code de l'urbanisme, qui fait désormais référence à « l'insertion des constructions dans le milieu environnant », et non plus à l'insertion « harmonieuse » de ces constructions, permette d'élargir les objectifs de cet article aux préoccupations de l'impact sur le climat urbain, en ne les limitant plus aux seules préoccupations esthétiques, ce qui permettrait d'aller plus loin dans la régulation des matériaux orientés vers les espaces publics. D'autant que l'article R 151-41 donne au règlement du PLU(i) la possibilité de « prévoir des dispositions concernant les caractéristiques architecturales des façades et toitures des constructions ainsi que des clôtures » ;

<footnote n="120">¹²⁰ art. L151-23 du Code de l'Urbanisme</footnote>
Eau (trame bleue urbaine, fontaines, arrosage des espaces verts et chaussées). La présence de l'eau en ville peut atténuer les îlots de chaleur urbains. Les PLU(i), pour le moment, appréhendent plutôt les aspects circulation et infiltration des eaux. L'article R151-43 du Code de l'urbanisme dispose ainsi qu'afin de « contribuer à la qualité du cadre de vie, [...] et répondre aux enjeux environnementaux, le règlement peut : [...] 7° Imposer les installations nécessaires à la gestion des eaux pluviales et du ruissellement ; 8° Imposer pour les clôtures des caractéristiques permettant de préserver ou remettre en état les continuités écologiques ou de faciliter l'écoulement des eaux ».

D'autres articles pourraient permettre de prévoir une gestion plus naturelle en milieu urbain.

○ L'article 4, est relatif à la desserte des terrains par les réseaux publics d'eau et d'assainissement et fixe les conditions d'assainissement individuel. Il peut permettre par exemple de privilégier des techniques de gestion des eaux pluviales alternatives comme l'infiltration, en favorisant des noues ou fossés qui retiennent l'eau un certain temps et peuvent donc rafraîchir le climat urbain.

○ L'article 9, peut inciter à une récupération des eaux pluviales en augmentant l'emprise au sol. La réutilisation des eaux pluviales sur la parcelle permet alors de fournir une ressource en eau disponible pour les arrosages en période estivale.
Annexe 2 : Discontinuités spatiales de la vitesse moyenne du vent

Dans les analyses géographiques et thématiques, les discontinuités spatiales sont définies comme la séparation entre deux unités adjacentes. Ce concept a été décrit pour la première fois par Roger Brunet en 1967 mais il a aussi été discuté et enrichi par d'autres géographes (Hubert, 1993 ; Gay, 1995 ; François et Grasland, 1997). Dans le contexte des données atmosphériques de cette étude, la représentation des discontinuités utilise un seul indicateur continu, la vitesse du vent en mètres par seconde. En premier lieu, la localisation et la mesure des disparités entre les classes ont été calculées à l'aide du package de cartographie R développé par Lambert et Giraud. Pour chaque bord, le ratio ou la différence des valeurs du polygone a été calculé(e) sur les deux côtés. Dans ce cas, les discontinuités calculées sont « statiques », ce qui correspond à une rupture dans l'espace en raison de phénomènes locaux et durables. Ces discontinuités peuvent également résulter de phénomènes anthropiques tels que l'urbanisation ou l'étalement urbain. Les valeurs à représenter sont continues (en mètres par seconde) et elles utilisent un gradient de couleur (de l'orange au rouge).
<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>Annexe 3 : Cartes d'analyse du stress thermique diurne pour les types de temps sensibles 7 et 8</figcaption></figure>

Conception cartographique : N. Touati, J. Hidalgo, LISST, 2020

Sources : BD-Mapuce (2015), données climatiques (CNRM, LISST, 2018), Toulouse Métropole (2018)
## Menut TOME II - Volume de travaux inédits

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

Zones de bâtis denses
et zones commerciales

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

Stress thermique diurne,
situation ensoleillée, avec vent de N-O (TTS8)

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

Trames verte et bleue

<figure><img src="image_80.png" /></figure>

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

Conception cartographique : N. Touali, J. Hidalgo, LISST, 2020
Annexe 4: Cartes d'analyse de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour les types de temps sensibles 7 et 8

<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Zones de bâtis denses
et zones commerciales</figcaption></figure>

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Îlots de chaleur urbain nocturne,
situation ensoleillée avec du vent du S-E (TTS7)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>Zones potentiellement urbanisables,
PLUi-H 2018</figcaption></figure>

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

Sources : BD-Mapuce (2015), données climatiques (CNRM, LISST, 2018), Toulouse Métropole (2018)
## Menut TOME II - Volume de travaux inédits

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

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

Conception cartographique : N. Touati, J. Hidaïgo, LISST, 2020
<figure><img src="image_87.png" /></figure>
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# Tables

## 1. Table des figures et des tables

**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)

**Figure 2.** Types de zones climatiques locales définies par Stewart and Oke (2012)

**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))

**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

**Figure 5.** Illustration de l'évolution disciplinaire de l'objet d'étude climat urbain avec une référence non exhaustive aux disciplinées impliquées

**Figure 6.** Composition générique d'un Plan Local d'Urbanisme (Source : Luc Moreau, DDT49)

**Figure 7.** Les rubriques relatives au climat urbain dans les démarches labellisées d'éco-conception (Source : Delphine Chouillou, 2018)

**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

**Figure 9.** Périmètre thématique du panorama des recherches en climatologie urbaine présenté dans ce chapitre

**Figure 10.** Déploiement expérimental pendant les campagnes ECLAP (haut à gauche), CAPITOUL (haut à droite) et MEGAPOLI (en bas). Sources : Menut et al., 2000, Masson et al. 2008, Baklanov et al. 2013

**Figure 11.** Réseaux pérennes d'observation de Dijon, Toulouse et Rennes respectivement

**Figure 12.** Observation et caractérisation de la végétation urbaine à partir de moyens de télédétection

**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)

**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. 2008 ; Toutai et al. 2020)

**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)
**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)

**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)

**Figure 18.** Le modèle conceptuel de données du plan local d'urbanisme est décrit ici à l'aide du formalisme UML<sup>121</sup>

**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

**Figure 20.** Carte des zones climatiques locales (LCZ) groupées de la Métropole toulousaine et les pourcentages de surface pour chaque groupe de LCZ

**Figure 21.** Carte synthétique et corrélations spatiales entre les climatopes et les LCZ.

**Figure 22.** Proportion de LCZs dans les différents climatopes

**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

**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)

**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)

**Figure 26.** Carte de l'îlot de chaleur urbain nocturne pour Orleans et pour les autres villes du groupe 1 (Source : Suher, 2021)

**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 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)

**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)

**Figure 30.** La première table de chorèmes proposée par Brunet (1986)

**Figure 31.** Modèle d'îlot de chaleur urbain (UHI) étape 1 : les structures de base (Source : Jegou et al. 2021)

**Figure 32.** Étapes 2 et 3 du modèle d'îlot de chaleur urbain : modificateurs et structures dérivées (Source : Jegou et al. 2021 ; réalisation, Najla Touati)

**Figure 33.** Dernière étape du modèle d'îlot de chaleur urbain : adaptation à la forme générale de l'agglomération toulousaine. (Source : Jegou et al. 2021)

<footnote n="121"><sup>121</sup> 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>