Températures mesurées, modélisées, et observées par télédétection infrarouge, dans la canopée urbaine : modélisation aéro-thermo-radiative des flux de chaleur urbains

par Aurélien Hénon

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides et des transferts

Sous la direction de Patrice Mestayer et de Dominique Groleau.


  • Résumé

    Dans le cas d'un fragment urbain la présence d'éléments de surface horizontaux, verticaux et obliques, très hétérogènes, impose des définitions complexes de la surface et des températures associées. L’objectif est d’établir des relations paramétriques entre les flux de chaleur sensible et infrarouge, tous deux liés à la température de surface. On a réalisé des simulations aéro-thermo-radiatives de la canopée urbaine à l’aide du modèle SOLENE, en l'appliquant à des configurations de fragments urbains de centres-villes denses, documentées lors de deux campagnes de mesures, l'une sur Marseille et l'autre sur Toulouse. L’analyse détaillée des différentes variables du modèle permet alors de comprendre le fonctionnement des interactions thermoradiatives du fragment étudié. De plus, la capacité à changer les valeurs des paramètres autour de celles de la scène réelle permet des études de sensibilité riches d’enseignements sur le modèle et sur les processus. Dans le cas de Marseille, on s’intéresse au comportement thermo-radiatif général des différents types de surface au cours d’un cycle journalier d’été, en termes de températures et flux locaux et intégrés sur le fragment urbain. Dans le cas de Toulouse, on valide plus précisément les résultats du modèle, on améliore la paramétrisation par le développement d'un modèle de vent intra-canopée et d'un modèle de coefficient de convection, puis onqualifie l’apport des nouveaux outils. Enfin, les améliorations apportées à l’évaluation des flux ont permis de mettre en évidence une corrélation entre les flux de chaleur sensible et infrarouge montant mesuré, et de proposer une méthode permettant de calculer le premier à partir du second.

  • Titre traduit

    Temperatures mesured, modelled, and observed by infrared remote sensing, in the urban canopy : aero-thermo-radiative modeling of the urban heat fluxes


  • Résumé

    In the case of an urban fragment the presence of horizontal, vertical, oblique, and very heterogeneous surface elements yields complex definitions of the surface and its associated temperatures. The objective is to establish parametric relationships between the sensible heat and infrared fluxes, which are both related to the surface temperature. Aero-thermo-radiative simulations of the urban canopy were carried out using the SOLENE model, by applying it to configurations of urban fragments of downtown dense areas documented during two series of measurements in two French cities: Marseilles and Toulouse. The detailed analysis of the model variables then makes it possible to understand the thermo-radiative interaction processes of the studied fragment. Moreover, the ability to change the parameter values around those of the real scene allows sensitivity studies, bringing information on both the model and the processes. In the case of Marseilles, the general thermo-radiative behavior of the various surface types during a summer diurnal cycle is studied first, in terms of temperatures and local and integrated fluxes. In the case of Toulouse, the results of the model are validated in a more precise way, the parameterization is improved by developing and optimizing a model of wind inside the canopy and a model of convection coefficient, and then the new tools are qualified. Last, the improvements to the evaluation of the sensible heat and upward infrared fluxes made it possible to highlight their correlation and to propose a method allowing to calculate the sensible heat flux from the measured upward infrared flux.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (251 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 367-382.. Bibliogr. p.227-231. Index

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  • Cote : Th. 2259 bis
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