Îlot de chaleur urbain : comprendre et combattre ce phénomène

Le 25 juillet 2019, le thermomètre de la station météorologique de Paris-Montsouris affichait 42,6 °C — un record absolu pour la capitale. Au même moment, à une trentaine de kilomètres, dans la campagne de l'Essonne, la température ne dépassait pas 37 °C. Cet écart de plus de 5 degrés n'a rien d'anecdotique : il porte un nom précis — l'îlot de chaleur urbain (ICU) — et il tue. Lors de la canicule de 2003, la surmortalité à Paris a été deux fois plus élevée que dans les zones rurales d'Île-de-France (InVS, rapport 2004).

En résumé : un îlot de chaleur urbain est une zone urbaine où la température est significativement plus élevée que dans les zones rurales ou périurbaines environnantes, typiquement de 2 à 10 °C. Ce phénomène résulte de l'absorption et du stockage de la chaleur par les matériaux artificiels (béton, asphalte, verre), de la réduction de l'évapotranspiration par la suppression de la végétation, de la production de chaleur anthropique (transports, bâtiments, industrie) et du piégeage du rayonnement infrarouge dans les « canyons urbains ».

Le concept d'îlot de chaleur urbain (ICU) a été identifié pour la première fois en 1818 par le météorologue britannique Luke Howard, qui mesurait des écarts de température systématiques entre le centre de Londres et la campagne environnante. Deux siècles plus tard, le phénomène n'a fait que s'amplifier.

L'ICU se manifeste principalement la nuit : quand le soleil se couche, les surfaces rurales (végétation, sols naturels) se refroidissent rapidement par rayonnement infrarouge et évapotranspiration. Les surfaces urbaines (béton, asphalte, pierre), en revanche, restituent lentement la chaleur accumulée pendant la journée. C'est cette absence de refroidissement nocturne qui rend les canicules si dangereuses en ville : l'organisme ne récupère pas.

À Paris, la différence de température nocturne entre le centre-ville et les zones rurales atteint 8 à 10 °C lors des épisodes caniculaires (Météo-France/APUR, étude EPICEA, 2012). À Lyon, l'écart mesuré lors de la canicule de juin 2019 atteignait 7 °C entre la Presqu'île et les collines de l'ouest (COPARLY, 2019).

1. Les matériaux artificiels : des accumulateurs de chaleur

Le béton, l'asphalte, la brique et le verre ont une forte capacité thermique : ils absorbent la chaleur solaire pendant la journée et la restituent lentement la nuit. L'asphalte noir, en particulier, absorbe jusqu'à 95 % du rayonnement solaire (son albédo est de 0,05 à 0,10), contre 10 à 20 % pour une surface herbeuse.

2. La suppression de la végétation

Les arbres et les espaces verts refroidissent l'air de deux manières :

• L'ombre : un arbre mature intercepte 60 à 90 % du rayonnement solaire, réduisant la température de surface sous sa canopée de 10 à 15 °C
• L'évapotranspiration : un arbre mature transpire jusqu'à 400 litres d'eau par jour en période chaude, absorbant une énergie équivalente à 280 kWh — soit la puissance de refroidissement de cinq climatiseurs domestiques (INRAE, 2021)

En ville, l'imperméabilisation des sols et la suppression des espaces verts éliminent ces deux mécanismes de refroidissement.

3. La chaleur anthropique

Les bâtiments (chauffage en hiver, climatisation en été), les transports et l'industrie dégagent de la chaleur résiduelle. À Paris, la chaleur anthropique contribue à environ 1 à 2 °C supplémentaires en moyenne annuelle (Météo-France, 2015). L'ironie est cruelle : la climatisation, qui rafraîchit l'intérieur, rejette de l'air chaud à l'extérieur — aggravant l'ICU de 0,5 à 2 °C dans les quartiers densément équipés (Salamanca et al., Journal of Geophysical Research, 2014).

4. La géométrie des canyons urbains

Les rues étroites bordées d'immeubles hauts forment des « canyons urbains » qui piègent le rayonnement infrarouge : les façades se renvoient mutuellement la chaleur et empêchent le refroidissement radiatif vers le ciel. Plus le rapport hauteur/largeur du canyon est élevé, plus l'ICU est intense.

5. La réduction de la ventilation

Les bâtiments perturbent la circulation naturelle de l'air. Les quartiers denses et mal orientés par rapport aux vents dominants sont moins ventilés — ce qui limite la dispersion de la chaleur et des polluants atmosphériques.

Santé publique

L'ICU est un facteur direct de surmortalité lors des canicules. Lors de la vague de chaleur d'août 2003 en France, 14 802 décès excédentaires ont été enregistrés en 15 jours (InVS, 2004). Les personnes les plus vulnérables — personnes âgées, nourrissons, personnes souffrant de maladies chroniques, travailleurs en extérieur — sont les premières touchées. Les pathologies liées sont : coup de chaleur, déshydratation, aggravation des insuffisances respiratoires et cardiaques.

Le changement climatique aggrave la tendance : Météo-France projette que les canicules comparables à 2003 pourraient devenir un événement estival normal d'ici 2050 dans le scénario RCP 8.5 (Météo-France, rapport Jouzel, 2014).

Qualité de l'air

Les températures élevées accélèrent la formation d'ozone troposphérique (O₃) par réaction photochimique entre les NOx et les composés organiques volatils. Les pics d'ozone sont systématiquement associés aux épisodes caniculaires. La pollution particulaire est également aggravée par la stagnation de l'air dans les canyons urbains.

Consommation énergétique

Chaque degré supplémentaire en ville augmente la demande de climatisation. En France, la consommation électrique liée au refroidissement a été multipliée par 3 entre 2000 et 2023 (RTE, bilan électrique 2023). C'est un cercle vicieux : plus il fait chaud, plus on climatise, plus on rejette de chaleur, plus il fait chaud.

Biodiversité urbaine

Les températures extrêmes et l'absence de microhabitats frais réduisent la survie de la faune urbaine — oiseaux, insectes pollinisateurs, amphibiens. Les arbres urbains soumis à un stress hydrique et thermique chronique ont une mortalité plus élevée et une croissance réduite.

Végétaliser massivement

La végétalisation est la solution la plus efficace et la mieux documentée :

• Arbres d'alignement : un alignement de platanes réduit la température ressentie de 3 à 6 °C sous la canopée (Robitu et al., Building and Environment, 2006)
• Parcs et jardins : un parc de 5 hectares refroidit l'air de 1 à 3 °C jusqu'à 200 mètres au-delà de ses limites (« effet d'oasis »)
• Toitures végétalisées : réduction de la température de surface de 20 à 40 °C en été par rapport à un toit noir (CEREMA, 2020)
• Murs végétalisés : réduction de 5 à 10 °C de la température de surface des façades

Paris s'est engagé à planter 170 000 arbres supplémentaires d'ici 2026 dans le cadre du plan climat-air-énergie de la Ville (Mairie de Paris, 2021). Lyon a lancé le programme « Canopée » pour atteindre 30 % de couvert arboré en 2030.

Augmenter l'albédo des surfaces

Remplacer l'asphalte noir par des revêtements clairs (béton désactivé clair, enrobés à liant clair, peintures réflectives) augmente l'albédo et réduit l'absorption de chaleur. Un revêtement clair (albédo 0,35-0,50) réduit la température de surface de 10 à 15 °C par rapport à un enrobé noir classique (albédo 0,05-0,10).

Los Angeles (programme « Cool Streets ») et Athènes (programme « Cool Athens ») appliquent des revêtements réflectifs sur les chaussées et les toits depuis 2017, avec des réductions mesurées de 2 à 4 °C de la température ambiante dans les quartiers traités.

Désimperméabiliser les sols

Remplacer les surfaces imperméables par des revêtements perméables (pavés drainants, gravier, terre-pierre) permet à l'eau de pluie de s'infiltrer et de contribuer à l'évapotranspiration. Bordeaux a désimperméabilisé la place Gambetta en 2022, remplaçant 8 000 m² de bitume par des sols perméables et des plantations.

Aménager des points d'eau

Fontaines, brumisateurs, miroirs d'eau et cours d'eau à ciel ouvert refroidissent l'air par évaporation. Le miroir d'eau de Bordeaux (3 450 m², place de la Bourse) abaisse la température ambiante de 2 à 4 °C dans un rayon de 50 mètres.

Repenser l'urbanisme

• Orientation des bâtiments : favoriser la ventilation naturelle en alignant les rues sur les vents dominants
• Ratio hauteur/largeur des canyons : limiter le rapport H/L pour favoriser le refroidissement radiatif nocturne
• Matériaux de construction : privilégier les matériaux à forte inertie thermique (pierre, brique) avec des finitions claires
• Bioclimatisme : concevoir les bâtiments pour limiter les besoins de climatisation (protection solaire, ventilation naturelle, végétalisation)

De combien la température est-elle plus élevée en ville qu'à la campagne ?

L'écart varie selon la taille de la ville, la densité du bâti et les conditions météorologiques. En moyenne annuelle, l'ICU est de 1 à 3 °C pour une ville française. Lors des canicules, l'écart nocturne peut atteindre 8 à 10 °C dans les grandes agglomérations (Paris, Lyon, Marseille). Les records mesurés dans le monde dépassent 12 °C (Tokyo, Phoenix).

Le changement climatique aggrave-t-il l'ICU ?

Oui. Le changement climatique augmente la fréquence, la durée et l'intensité des vagues de chaleur, ce qui amplifie les effets de l'ICU. Selon Météo-France, le nombre de journées caniculaires pourrait être multiplié par 3 à 5 d'ici 2050 en France métropolitaine (scénario RCP 4.5). L'urbanisation croissante (67 % de la population mondiale vivra en ville en 2050, ONU-Habitat) aggrave le phénomène.

Planter des arbres suffit-il à résoudre le problème ?

Non, mais c'est la mesure la plus efficace à court terme. La végétalisation doit être combinée avec l'augmentation de l'albédo, la désimperméabilisation, la gestion de l'eau et une refonte de l'urbanisme. De plus, les arbres plantés aujourd'hui n'atteindront leur pleine capacité de rafraîchissement que dans 15 à 20 ans — d'où l'urgence d'agir.

La climatisation est-elle une solution ?

C'est une solution individuelle qui aggrave le problème collectif. La climatisation rejette de l'air chaud à l'extérieur (principe thermodynamique du cycle frigorifique), augmente la consommation électrique et les émissions de GES, et contribue à l'ICU. Les solutions passives (isolation, ventilation naturelle, protections solaires) sont à privilégier. La climatisation ne devrait être qu'un dernier recours pour les populations les plus vulnérables.

• Météo-France/APUR, Étude EPICEA — Impact du changement climatique sur l'ICU parisien, 2012
• CEREMA, Îlots de chaleur urbains : diagnostic et solutions d'adaptation, 2020
• Oke T.R. et al., Urban Climates, Cambridge University Press, 2017
• Masson V. et al., « The SURFEXv7.2 land and ocean surface platform for coupled or offline simulation of earth surface variables and fluxes », Geoscientific Model Development, 2013
• ADEME, Rafraîchir les villes : solutions fondées sur la nature, 2022