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# Chaleur ou chaleurs au pluriel ?

Manon Kohler

► To cite this version:

Manon Kohler. Chaleur ou chaleurs au pluriel?. Fete de la science 2022, Oct 2022, Besancon, France, France. halshs-04695454

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Submitted on 12 Sep 2024

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Open licence - etalab
# Chaleur ou chaleurs au pluriel ?

## Introduction

Comme un écho à l'été et au changement climatique, la chaleur est omniprésente dans les discours médiatiques, politiques et, scientifiques. Elle se décline sous la forme de canicule, d'extrêmes de température, d'îlot de chaleur urbain, ou de stress thermique : en bref, d'excès de chaleur. La chaleur évoque des comportements adaptatifs 'plaisants' (ex. manger une glace, aller à la piscine, porter des vêtements légers) comme des comportements adaptatifs jugés plutôt déplaisants (rester enfermer chez soi, faire attention à sa sueur). Bénéfique en hiver, l'excès de chaleur se doit d'être atténuée en été. Toutefois, quelle 'chaleur' doit-on atténuer ? Comment le corps humains la perçoit-elle ? Quand est-elle excessive ? Et comment utilisons-nous cette perception dans l'aménagement des villes et les politiques d'adaptation au changement climatique ? Autant de questions qui sont au centre des recherches interdisciplinaires en climatologie urbaine et en biométonorologie (i.e. étude des interactions entre le vivant et la météorologie).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Température de l'air (+ advection)</figcaption></figure>

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Neige ou glace théorique (pure)
100 % reçu = 100 % réfléchi

Corps noir (théorique)
100 % reçu = 100 % absorbé

Forêt (albédo = 0.15)
100% reçu = 15 % réfléchi + 20 % transmis + 65 % absorbé

Tout corps chaud (température > 0 Kelvin) émet de l'énergie sous la forme d'un rayonnement. En règle générale, les matériaux se réchauffent durant la journée et émettent un rayonnement thermique de plus en plus fort en fin de journée.

Ce rayonnement sera une source d'énergie pour l'air la nuit (absence de l'énergie du soleil).

## Changement climatique (par rapport 1850-1900) - Planète et continents

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Fig. 1. Changement des températures régionales pour un réchauffement moyen global de +1 °C.
Source: IPCC, 2021

### La température moyenne, un bon indicateur ?

Deux élèves ont une moyenne de 10/20 après trois examens. Le premier a eu les notes de 10, 10, 10; le deuxième de 10, 20 et 0. Attention: la moyenne cache la variabilité des notes. Il en est de même pour les températures de surface.

→ La distribution de l'énergie au niveau planétaire conditionne le déplacement des masses d'air et les courants océaniques entre l'équateur et les pôles.

### Fiabilité et précision du modèle : des incertitudes encore existantes

Le modèle reproduit bien un réchauffement accentué sur les continents par rapport aux océans mais régionalement, il peut surestimer le réchauffement (ex. Sibérie, Sahara) ou le sous-estimer (Atlantique sud, plateaux chinois) par rapport aux observations. Quid dans les scénarios RCP ? Par ailleurs, pour les précipitations, les modèles ne sont concluants que pour la zone intertropicale.

### Canicule - supra région

Température de l'air versus Température 1981-2010

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Fig. 2 Circulation atmosphérique globale. Les dépressions (D) sont des endroits où la pression atmosphérique est plus basse que les zones voisines. (D) tourne dans le sens antihoraire dans l'hémisphère nord. C'est l'inverse pour les anticyclones (A).

Multi-model seasonal mean precipitation percentage change for SSP2-4.5 (2081-2100 vs 1995-2014)

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Fig. 4 Bilan moyen énergétique à la surface de la terre (à gauche). C'est la perturbation de cet équilibre qui est responsable du changement climatique (changement de surface et de concentration en GES).

Fig. 3 Changement des précipitations en 2100 pour un réchauffement moyen de 2 à 4.5 °C (source: IPCC, 2021)
# Chaleur ou chaleurs au pluriel ?

## Îlot de chaleur urbain - Région urbaine

Température de l'air en ville versus Température de l'air en-dehors de la ville. A été nommé comme ceci en analogie à une coupe topographique d'une île.

### Pour le voir ?

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L'îlot de chaleur urbain (UHI) est un animal plutôt crantif. Il a une aire de vie limitée par des conditions météorologiques où il y a :

* Peu de vent

* Un air relativement sec

* Et surtout, peu de nuages

Il affectionne les régions urbaines aux constructions denses et minérales, de préférence assez peuplées et, localisées au centre d'espaces agricoles et forestiers bien irrigués. Il peut être nuisible l'été (repos nocturne) mais bénéfique l'hiver (demande en chauffage, gel dans les rues diminuée).

**Période d'observation** : la nuit, plutôt en été qu'en hiver.

**Extension géographique** : partout dans le monde, mais davantage dans les mégapoles et métropoles densément bâties et peuplées.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Fig. 5 Îlot de chaleur de surface (SUHI) la journée (a) et la nuit (b) à Atlanta le 11/05/97. Source: NASA Goddard Space</figcaption></figure>

Ne pouvant mesurer le phénomène partout, les images satellites sont utilisées à la rescousse

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Mais elles ne mesurent pas la température de l'air. Elles mesurent la température de surface des matériaux.

Le jour, les toits ressortent fortement, l'ombre des bâtiments aussi (bleu foncé). En vert figurent les surfaces végétales et la voierie (SUHI = 35 °C). La température de l'air varie alors entre 12 et 13 °C entre la ville et sa périphérie (UHI = 1 °C). La nuit, les températures de surface de la voierie sont aussi chaudes que celles des toits. Nous voyons apparaître plus distinctement les bâtiments résidentiels du fait de l'utilisation de l'air conditionné.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Fig. 6 Dynamique de l'îlot de chaleur de surface et de l'air pour une ville américaine (air conditionné la nuit). D'après Oke et al., 2017.</figcaption></figure>

### Facteurs de l'UHI :

* Davantage de surfaces actives en ville avec des effets d'ombrage (matin et soir) mais aussi des réflexions et absorptions multiples des rayonnements.

* Des matériaux qui ont une forte inertie thermique et capacité d'absorption de l'énergie solaire.

* Faible surface végétale et eau dans les sols (évapotranspiration)

* Activité de l'homme qui émet de la chaleur (trafic, climatisation, etc)

## Santé thermique – Individu et 2 m autour de lui

### Stress thermique

Bilan d'énergie entre le corps humain et son environnement versus Température du corps

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Fig. 7 Thermorégulation passive</figcaption></figure>

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Fig. 8 Thermorégulation active</figcaption></figure>

La mortalité observée n'est pas qu'une histoire de stress thermique. Elle dépend de l'exposition des individus à la chaleur, leurs prises de conscience du risque et leurs choix d'adaptation (isolation des maisons, fréquentation des parcs et des rivières, bains en rivière, santé physique initiale, etc.).

Fig. 9 Mortalité (en nombre de décès) pendant les périodes de canicules inventoriées entre 1974 à 2021 (source Ouest France)

## Confort thermique

### Stress thermique + acceptable

Chaque personne a sa propre histoire thermique et mémoire qui, a au cours de sa vie, permis de constituer une échelle de référence thermique en fonction des conditions micro-météorologiques vécues ou subies. Chaque personne a aussi des attentes en fonction de ses activités, du lieu de l'exercice de l'activité et de l'image de ce lieu. Aussi, la zone de confort thermique dans un parc est souvent plus large qu'une rue. Le parc est plus frais mais l'usager du parc sera aussi plus tolérant devant la hausse de son stress thermique que dans une rue puisqu'il y pratique une activité de loisir qu'il choisit dans le temps.

<table><caption>Tableau. 1 Echelle de confort thermique établie à Freiburg-im-Breisgau (Allemagne) – personne en bonne santé physique</caption><thead><tr><th>Sensation thermique</th><th>Température de l'air d'une chambre dont la vent est quasi nul, l'humidité de 50 % et en équilibre radiatif (perte = gain) qui reproduirait le même stress que dans les conditions météorologiques extérieures mesurées</th><th></th></tr></thead><tbody><tr><td>Très chaud</td><td>&gt; 35 °C</td><td>Tpeau - Tcorps &lt; 1 °C, sucre &gt; 650 g/h, Tcorps augmente</td></tr><tr><td>Chaud</td><td>29,1 à 35 °C</td><td>Sueur &gt; 200 g/h et Tpeau &gt; 35 °C</td></tr><tr><td>Légèrement chaud</td><td>23,1 à 29 °C</td><td>Légère augmentation de la température peau, vasodilatation</td></tr><tr><td>Ni chaud ni froid</td><td>18,1 à 23 °C</td><td>Température peau: 28 et 33 °C</td></tr><tr><td>Légèrement froid</td><td>13,1 à 18 °C</td><td>Sueur imperceptible &lt; 100 g/h</td></tr><tr><td>Froid</td><td>4,1 à 13 °C</td><td></td></tr><tr><td>Très froid</td><td>&lt; 4 °C</td><td></td></tr></tbody></table>

Aide la recherche en dessinant! Quelles sont les perceptions thermiques que tu associes aux espaces de la Grande Boucle? Merci.