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Long-term Intensification of Surface Urban Heat Island Under Urban Expansion: A Remote Sensing-based Analysis

Cette étude utilise des données de télédétection de 2003 à 2021 pour démontrer que l'expansion urbaine rapide dans la ville de Sylhet, au Bangladesh, a considérablement intensifié l'effet d'îlot de chaleur urbain de surface par une augmentation de 61 % des zones bâties, avec des anomalies de température diurnes culminant pendant la mousson et des pics nocturnes en pré-mousson et en hiver, principalement causés par la perte de végétation et l'expansion des surfaces imperméables.

Auteurs originaux : Md. Aminul Haque Laskor, Abeda Tabassum, Abdulla Al Kafy, Torikul Islam Sanjid, Mostofa Kamal, Patrick Ludwig, Tanvir Ahmed

Publié 2026-08-10

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Md. Aminul Haque Laskor, Abeda Tabassum, Abdulla Al Kafy, Torikul Islam Sanjid, Mostofa Kamal, Patrick Ludwig, Tanvir Ahmed

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

La ville qui devient trop chaude : une histoire de béton, de thé et de couvertures invisibles

Imaginez la Terre comme une immense couverture douillette. Habituellement, cette couverture respire ; les plantes et le sol absorbent l'énergie du soleil pendant la journée et la relâchent lentement la nuit, maintenant des conditions confortables. Mais lorsque nous construisons des villes, nous remplaçons cette couverture douce et respirante par un manteau épais et lourd fait de béton, d'asphalte et de briques. Ces matériaux sont comme des éponges thermiques : ils engloutissent la lumière du soleil et la retiennent fermement. Cela crée un phénomène que les scientifiques appellent l'« îlot de chaleur urbain ». Considérez une ville comme une énorme braise rougeoyante posée dans un champ plus frais. La ville reste chaude bien après que le soleil soit couché, tandis que la campagne environnante se rafraîchit. Il ne s'agit pas seulement de ressentir un peu chaud ; cela rend les villes dangereuses lors des vagues de chaleur, gaspille de l'énergie pour la climatisation et modifie le comportement de la météo.

Pour comprendre cela, les scientifiques utilisent deux outils principaux. Premièrement, ils observent la « Température de Surface Terrestre » (TST), qui est essentiellement la température que le sol semble au toucher, plutôt que la température de l'air que l'on ressent sur la peau. Deuxièmement, ils mesurent l'« Intensité de l'Îlot de Chaleur Urbain de Surface » (ICUUS). C'est un jeu mathématique simple : ils prennent la température de la ville et soustraient la température de la campagne voisine. Si la ville est 5 °C plus chaude que la campagne, l'ICUUS est de 5 °C. Plus le chiffre est élevé, plus la ville agit comme un piège à chaleur. Maintenant, imaginez une ville dans une partie du monde humide et pluvieuse, entourée de luxuriants jardins de thé et de rivières. Est-ce que la ville devient quand même chaude ? Est-ce que la pluie la refroidit ? C'est exactement le mystère que une équipe de chercheurs a décidé de résoudre dans la ville de Sylhet, au Bangladesh.

Le piège à chaleur à Sylhet

Ce document est une histoire de détective sur la Sylhet City Corporation (SCC), une ville bouillonnante du nord-est du Bangladesh. Pendant près de deux décennies, de 2003 à 2021, les chercheurs ont observé la croissance de cette ville. Ils ne se sont pas contentés de se tenir aux coins des rues avec des thermomètres ; ils ont utilisé des « yeux dans le ciel » — des satellites comme Landsat et MODIS — pour prendre la température de la ville depuis l'espace. Ils voulaient voir comment l'expansion de la ville modifiait la chaleur, de jour comme de nuit, et à travers les quatre saisons : pré-mousson, mousson, post-mousson et hiver.

La grande transformation de la ville
D'abord, les chercheurs ont examiné comment la ville changeait sa « peau ». En 2003, Sylhet était un mélange de bâtiments, de terre nue, d'eau et de plantes vertes. En 2021, la ville avait subi une transformation massive. La zone couverte par les bâtiments (zones bâties) a explosé de 61 %. Là où il y avait auparavant des terres nues et des plans d'eau, il y a maintenant des routes, des maisons et des magasins. Curieusement, alors que la ville s'étendait, la quantité totale de végétation verte dans la zone plus large est restée sensiblement la même, voire a légèrement augmenté, principalement parce que la ville a consommé des « terres nues » plutôt que de simplement abattre des forêts. Mais à l'intérieur du centre-ville, la verdure a nettement souffert.

L'histoire de la température
À mesure que la ville grandissait, la chaleur augmentait aussi. Les chercheurs ont constaté que la ville devenait plus chaude chaque année, mais l'histoire différait selon que le soleil était levé ou couché.

Le jour : Pendant la journée, la ville agit comme une poêle à frire. Le béton et l'asphalte absorbent le soleil et deviennent brûlants. L'étude a révélé que l'effet d'« îlot de chaleur » (à quel point la ville est plus chaude que la campagne) s'est renforcé chaque année. En 2021, pendant la saison de la mousson, la ville était incroyablement 7,00 °C plus chaude que les zones rurales environnantes pendant la journée ! C'est une différence énorme. Les points les plus chauds se trouvaient toujours dans le centre de la ville, là où les bâtiments sont les plus serrés.
La nuit : La nuit, l'histoire s'inverse. Habituellement, les villes restent plus chaudes que la campagne la nuit car le béton libère la chaleur stockée pendant la journée. À Sylhet, la ville est restée plus chaude la nuit, mais l'effet était plus subtil. La différence de chaleur nocturne maximale était de 2,77 °C lors de la période pré-mousson et de l'hiver de 2021. Cependant, il y a eu un rebondissement : dans la partie nord-est de la ville, là où se trouvent les célèbres jardins de thé, la température est en fait descendue en dessous de la moyenne rurale la nuit. Les jardins de thé ont agi comme un climatiseur géant, gardant cette zone spécifique fraîche.

Les saisons et les tendances
Les chercheurs ont utilisé des mathématiques sophistiquées (appelées test de Mann–Kendell) pour voir si ces changements étaient simplement aléatoires ou s'il s'agissait d'une véritable tendance. Ils ont découvert que la ville devient définitivement plus chaude au fil du temps.

La partie la plus chaude de la journée dans la ville devient plus chaude à un rythme de 0,051 °C par an.
La différence de chaleur moyenne entre la ville et la campagne augmente également, de jour comme de nuit.
Les « points chauds » (les zones de chaleur les plus dangereuses) sont coincés au milieu de la ville. Pendant la journée, ces points chauds sont les plus importants en hiver. La nuit, ils semblent s'étendre vers le sud pendant la saison de la mousson pluvieuse.

Pourquoi cela arrive-t-il ?
Le document établit le lien entre la « peau » de la ville et sa température. Ils ont utilisé deux « thermomètres » spéciaux issus de données satellites :

NDBI (Indice de zone bâtie) : Il mesure la quantité de béton et de bâtiments dans une zone. Ils ont trouvé un lien fort : plus de béton signifie des journées beaucoup plus chaudes.
NDVI (Indice de végétation) : Il mesure à quel point une zone est verte. Ils ont découvert que la perte de plantes vertes rend les nuits plus chaudes.

Le point essentiel est que les surfaces imperméables (béton) sont les principales coupables de la chaleur diurne, tandis que la perte de végétation est la raison principale pour laquelle les nuits deviennent plus chaudes. Le béton emprisonne l'énergie solaire, et sans les plantes pour refroidir les choses par évaporation, la chaleur reste bloquée.

Le verdict
Cette étude confirme qu'à mesure que Sylhet s'étend, elle devient un piège à chaleur plus intense. La ville ne fait pas que croître ; elle chauffe. Les chercheurs suggèrent que pour corriger cela, la ville doit être plus intelligente dans sa conception. Ils recommandent d'ajouter plus d'espaces verts, d'utiliser des matériaux qui réfléchissent la lumière du soleil plutôt que de l'absorber, et de planifier des quartiers capables de gérer la chaleur. C'est un avertissement : si nous continuons à paver le sol sans réfléchir à la chaleur, nos villes deviendront des fours de plus en plus inconfortables, surtout à mesure que le monde continue de se réchauffer.

Résumé technique : Intensification à long terme de l'îlot de chaleur urbain de surface sous l'expansion urbaine dans la ville de Sylhet (Sylhet City Corporation)

Énoncé du problème
Bien que l'effet d'îlot de chaleur urbain de surface (ICUS) soit bien documenté dans les grandes métropoles comme Dhaka, au Bangladesh, les variations spatio-temporelles à long terme de la température de la surface terrestre (LST) et de l'intensité de l'ICUS (SUHII) dans les villes secondaires restent peu explorées. Plus précisément, la ville de Sylhet (Sylhet City Corporation - SCC) manque d'une analyse complète des modèles thermiques diurnes, saisonniers et annuels sur des périodes prolongées. Les études existantes traitent souvent Sylhet comme une entité urbaine unique sans résoudre la variabilité intra-urbaine, ne parviennent pas à définir objectivement les limites de référence rurales optimales, ou n'appliquent pas de filtrage au niveau du pixel pour exclure les couvertures terrestres non rurales des zones de référence. Cette étude comble ces lacunes en étudiant l'intensification de l'ICUS dans la SCC de 2003 à 2021, dans un contexte d'expansion urbaine rapide, visant à quantifier les contrôles biophysiques de la végétation et des surfaces bâties sur les modèles thermiques.

Méthodologie
L'étude utilise une approche basée sur la télédétection, intégrant les données MODIS et Landsat pour analyser la dynamique de la LST et de l'ICUS sur une période de 19 ans (2003–2021).

Sources de données :
- Données thermiques : Produit LST MODIS MOD11A2 (v006), un composite à 8 jours avec une résolution de 1 km, couvrant la période 2003–2021. Les données ont été filtrées pour les pixels à ciel clair avec des erreurs < 2 K.
- Occupation des sols (LULC) : Des données de réflectance de surface Landsat-7 ETM+ (2003) et Landsat-8 OLI/TIRS (2021) à une résolution de 30 m ont été utilisées pour la classification de l'occupation des sols. Des images Landsat annuelles (2003–2021) ont été utilisées pour les indices biophysiques.
- Données auxiliaires : Le produit annuel de couverture terrestre MODIS MCD12Q1 (500 m) a été utilisé pour le filtrage des pixels ruraux.
Techniques analytiques :
- Classification LULC : Une classification supervisée par machine à vecteurs de support (SVM) dans ArcGIS 10.8 a classé la zone en zones bâties, végétalisées, plans d'eau et terres nues. Des points de vérité terrain ont été collectés via GPS et Google Earth Pro.
- Optimisation de la zone de référence rurale : Une analyse de sensibilité systématique a été menée sur cinq distances tampons candidates (3, 5, 7, 10 et 15 km) à partir de l'ancienne limite de la SCC. La zone tampon optimale a été sélectionnée sur la base de la stabilité du nombre de pixels, de la signification statistique des différences d'ICUS entre les zones tampons adjacentes et de la représentativité locale. Les pixels bâtis et d'eau ont été exclus de la zone de référence rurale chaque année.
- Calcul de l'ICUS : L'ICUS a été calculé comme la différence entre la LST moyenne de la zone urbaine ( $T_U$ ) et de la zone de référence rurale nettoyée ( $T_R$ ) : $SUHII = T_U - T_R$ . Les calculs ont été effectués séparément pour le jour et la nuit à travers des échelles annuelles et saisonnières.
- Analyse de tendance : Le test non paramétrique de Mann–Kendall (MK) et l'estimateur de pente de Sen ont été utilisés pour détecter les tendances monotones et quantifier les magnitudes. Une régression linéaire a été appliquée pour estimer les taux de changement.
- Analyse spatiale : Le I de Moran global a évalué l'autocorrélation spatiale, et le Gi* de Getis-Ord a identifié les points chauds (hotspots) et les points froids (cold spots) avec un niveau de confiance de 99 %.
- Contrôles biophysiques : L'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et l'indice de zone bâtie par différence normalisée (NDBI) ont été dérivés des données Landsat, rééchantillonnés à 1 km, et corrélés avec la LST et l'ICUS à l'aide des coefficients de corrélation de Pearson.

Principales contributions

Définition objective de la référence rurale : L'étude introduit une analyse de sensibilité pour déterminer la distance tampon rurale optimale (7 km) pour le calcul de l'ICUS à Sylhet, garantissant que la zone de référence représente un arrière-plan thermique stable et non urbain tout en excluant les pixels non ruraux.
Résolution intra-urbaine : Contrairement aux études multi-villes précédentes qui traitaient Sylhet comme un bloc monolithique, cette recherche résout la variabilité spatiale et temporelle intra-urbaine, identifiant des points chauds spécifiques au sein de la SCC.
Granularité diurne et saisonnière : L'analyse fournit une décomposition détaillée des variations de l'ICUS à travers quatre saisons distinctes (pré-mousson, mousson, post-mousson, hiver) et les cycles diurnes, mettant en évidence les dynamiques de chauffage différentielles.
Quantification biophysique : L'étude quantifie les rôles spécifiques des surfaces imperméables (NDBI) et de la végétation (NDVI) dans l'intensification thermique diurne et nocturne, respectivement.

Résultats

Expansion urbaine : Entre 2003 et 2021, les zones bâties de la SCC ont augmenté de 61 %, tandis que les terres nues et les plans d'eau ont diminué d'environ 68 % et 25 %, respectivement. La couverture végétale a montré une légère augmentation due à la conversion des terres nues dans la région sud-est, bien que la tendance générale indique une perte de surfaces naturelles dans le noyau urbain.
Anomalies de LST : Les anomalies de LST diurnes ont culminé à 4,08 °C lors de la mousson de 2021, tandis que les anomalies nocturnes ont atteint 1,94 °C pendant la pré-mousson et 1,5 °C en hiver. L'ancienne région de la SCC a systématiquement présenté les anomalies positives les plus élevées.
Tendances de l'ICUS :
- Annuelle : Des tendances à la hausse statistiquement significatives ont été observées pour l'ICUS diurne maximal annuel (0,051 °C an⁻¹) et l'ICUS diurne moyen (0,005 °C an⁻¹). L'ICUS moyen nocturne a également montré une tendance à la hausse significative (0,003 °C an⁻¹).
- Saisonnière : L'ICUS diurne a montré des tendances à la hausse significatives lors des saisons de pré-mousson, de post-mousson et d'hiver. L'ICUS diurne le plus élevé (7,00 °C) s'est produit lors de la mousson de 2021. Les tendances nocturnes n'étaient significatives que durant l'hiver.
Distribution spatiale : Les points chauds sont durablement concentrés dans le centre de la SCC. Les points chauds diurnes sont les plus étendés spatialement durant l'hiver, tandis que les points chauds nocturnes présentent une expansion méridionale significative durant les saisons de mousson et de post-mousson. La région nord-est, dominée par les plantations de thé, agit systématiquement comme un point froid, particulièrement la nuit.
Facteurs biophysiques :
- NDBI : A présenté une association positive significative avec l'ICUS diurne ( $r = 0,45$ ), confirmant que l'expansion des surfaces imperméables stimule le chauffage diurne.
- NDVI : A montré une association négative plus forte avec l'ICUS nocturne ( $r = -0,52$ ) qu'avec l'ICUS diurne ( $r = -0,17$ ), indiquant que la perte de végétation entrave de manière disproportionnée le refroidissement radiatif nocturne.

Signification et affirmations
L'article affirme que l'étude fournit une base critique pour comprendre les impacts thermiques de l'urbanisation dans les villes secondaires d'Asie du Sud, qui sont souvent négligées au profit des mégapoles. En établissant une méthodologie robuste pour définir les zones de référence rurales et analyser la variabilité intra-urbaine, l'étude propose un modèle pour des évaluations similaires dans les régions en urbanisation rapide.

Les auteurs soutiennent que l'intensification observée de l'ICUS est directement liée à l'expansion des surfaces imperméables et à la perte de végétation. Ils concluent que, bien que l'augmentation cumulative de la température sur 19 ans soit modeste pour certains indicateurs, la tendance de l'ICUS diurne maximal (~0,97 °C d'augmentation) a des implications tangibles pour le confort thermique urbain et la vulnérabilité au stress thermique. Les résultats suggèrent que la planification urbaine climato-adaptée de la SCC doit donner la priorité aux infrastructures vertes, aux matériaux réfléchissants et au zonage résilient à la chaleur pour atténuer ces effets. L'étude reconnaît les limites concernant la résolution spatiale de MODIS et la couverture nuageuse pendant les moussons, recommandant des travaux futurs avec des données thermiques de plus haute résolution et des modèles de projection de la croissance urbaine.

La ville qui devient trop chaude : une histoire de béton, de thé et de couvertures invisibles

Le piège à chaleur à Sylhet

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