Bigger cities have larger heat islands, denser ones do not, and growing ones get hotter
Analysant 8 637 relevés météorologiques à travers 910 villes sur cinq décennies, l'étude révèle que si les grandes villes connaissent systématiquement des îlots de chaleur nocturnes plus intenses quel que soit leur niveau de densité, la croissance urbaine au sein des limites existantes intensifie davantage la chaleur spécifiquement en Amérique du Nord, remettant en question l'approche conventionnelle à métrique unique pour évaluer les impacts de la chaleur urbaine.
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Les villes sont plus chaudes que la campagne qui les entoure. Cette différence, connue sous le nom d'îlot de chaleur urbain, est un fait bien établi de la vie moderne. Cela se produit parce que le béton, l'asphalte et les bâtiments absorbent l'énergie du soleil pendant la journée et la rejettent lentement la nuit, tandis que le paysage naturel se refroidit beaucoup plus vite. Cette chaleur supplémentaire n'est pas seulement une question de confort ; elle façonne la manière dont les vagues de chaleur sont ressenties, la façon dont les villes planifient l'avenir et l'ampleur des dommages causés par les phénomènes météorologiques extrêmes. Pendant des décennies, les scientifiques et les urbanistes se sont appuyés sur une règle simple pour comprendre ce phénomène : plus une ville est grande, plus elle est chaude. Cette idée a été utilisée pour prédire l'intensité de la chaleur qu'une ville devra affronter à mesure qu'elle croît et pour décider quels endroits nécessitent le plus de protection. Mais jusqu'à présent, personne n'avait testé si cette règle unique explique réellement deux choses très différentes : comment les villes se comparent les unes aux autres à un instant donné, et comment une seule ville change à mesure qu'elle s'agrandit au fil des années.
Un chercheur dirigé par In Chang Hwang, de l'Institut de Séoul, s'est donné pour mission de démêler ces deux questions en utilisant une vaste collection de données météorologiques. Ils ont rassemblé des relevés de température provenant de près de neuf mille stations météorologiques à travers le monde, couvrant plus de neuf cents villes sur une période de cinquante ans. En examinant les données brutes, non ajustées, ils pouvaient observer la véritable différence entre l'air de la ville et l'air de la campagne environnante. Leur objectif était de découvrir si la taille d'une ville et la densité de sa population dictent l'îlot de chaleur de la même manière, ou si elles agissent comme des forces distinctes. La réponse qu'ils ont trouvée modifie notre façon de penser la croissance urbaine et la gestion de la chaleur.
L'étude révèle que l'ancienne règle est en réalité composée de deux règles différentes fonctionnant de manières distinctes. Lorsque l'on compare différentes villes entre elles, la taille est le principal moteur. Une ville possédant dix fois plus d'habitants qu'une autre aura un îlot de chaleur environ 0,66 degré Celsius plus élevé la nuit. Cette relation se vérifie dans chaque région étudiée, de l'Amérique du Nord à l'Europe et l'Asie. Cependant, lorsqu'on observe comment une seule ville change au fil du temps, l'histoire est différente. Pour une ville déjà bâtie, ajouter plus de personnes sur la terre qu'elle occupe déjà la rend plus chaude, mais cet effet est beaucoup plus faible et semble spécifique à l'Amérique du Nord. Dans cette région, ajouter de la population à une zone fixe augmente la température nocturne d'environ 0,28 degré Celsius pour chaque augmentation significative de la densité. En Europe et dans d'autres parties du monde, ce même schéma de réchauffement lié à l'ajout de personnes à une empreinte existante n'a pas été trouvé.
La découverte la plus surprenante concerne le rôle de la densité. Pendant longtemps, un débat a fait rage pour savoir si construire de manière plus compacte rendait une ville plus chaude ou plus fraîche. Cette nouvelle recherche montre que la réponse dépend entièrement de la manière dont on pose la question. Si l'on compare deux villes différentes ayant le même nombre d'habitants, celle qui est la plus compacte et la plus dense possède en réalité un îlot de chaleur plus petit. La ville plus dense maintient sa population dans une zone plus restreinte, ce qui permet à l'air plus frais de la campagne environnante de s'y mélanger plus facilement. Mais si l'on observe une ville croître au fil du temps, l'ajout de plus de personnes dans ses rues et ses blocs existants la rend plus chaude la nuit. Ces deux faits ne sont pas contradictoires ; ils décrivent simplement des situations différentes. L'un concerne la forme d'une ville par rapport à ses voisines, et l'autre concerne le coût de la croissance au sein des propres limites d'une ville.
Le chercheur a également découvert que ces effets se produisent presque exclusivement la nuit. Pendant la journée, les grandes villes ne sont pas nécessairement plus chaudes que les petites ; en fait, les données suggèrent qu'elles pourraient être légèrement plus fraîches ou de température égale. C'est probablement parce que les hauts bâtiments projettent des ombres qui bloquent le soleil, et que la pollution dans l'air peut disperser la lumière solaire avant qu'elle n'atteigne le sol. L'îlot de chaleur est un phénomène nocturne, ce qui le rend particulièrement dangereux car il empêche le corps humain de se refroidir et de récupérer après une journée de chaleur. L'étude confirme que le réchauffement le plus intense se produit lorsque le soleil se couche, et que ce schéma est constant à travers les différentes saisons en Amérique du Nord, apparaissant aussi bien en été qu'en hiver.
L'étude a également examiné comment la richesse et le stade de développement affectent ces températures. Ils ont constaté que les villes les plus riches ont tendance à être légèrement plus chaudes que la moyenne, mais qu'il s'agit d'une caractéristique du niveau de richesse globale de la ville, et non de quelque chose qui change à mesure qu'une ville s'enrichit. La recherche suggère que la relation entre la croissance et la chaleur n'est pas la même pour toutes les villes. L'effet de réchauffement dû à l'ajout de personnes sur une zone fixe était clair en Amérique du Nord, mais n'était pas détectable dans les villes européuses étudiées. Cette différence pourrait être due à la façon dont les gens utilisent l'énergie, comme l'utilisation généralisée de la climatisation aux États-Unis, qui rejette de la chaleur résiduelle, ou à des différences dans la construction des villes. Le chercheur n'a pas pu identifier la cause exacte de cette différence régionale, mais il a établi que la règle pour l'Amérique du Nord ne s'applique pas automatiquement au reste du monde.
Ce travail offre une image plus claire pour les urbanistes et les décideurs politiques. Il montre que la taille d'une ville définit un niveau de base de chaleur difficile à modifier, tandis que l'acte d'ajouter plus de personnes à une zone existante ajoute une couche de chaleur distincte et plus petite. Il précise également que construire de manière compacte n'est pas une pénalité pour la chaleur ; en fait, pour des villes de même taille, la compacité aide à maintenir les températures basses. Le point essentiel est que nous ne pouvons pas utiliser un chiffre unique pour prédire comment la chaleur changera à mesure qu'une ville croît. Nous devons regarder si nous comparons différentes villes ou si nous observons l'évolution d'une seule ville, et nous devons reconnaître que les règles peuvent différer selon l'endroit où se trouve la ville. En comprenant ces schémas distincts, les villes peuvent mieux se préparer à la chaleur qu'elles affronteront, en se concentrant sur les nuits où le danger est le plus grand et en adaptant leurs stratégies à leur stade de croissance et à leur situation géographique spécifique.
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