Réduction des ilots de chaleur urbains sous climat aride. Le confort extérieur est-il possible

Urban heat Island mitigation strategies in an arid climate. In outdoor thermal comfort reacheable

• Auteur / Autrice : Suaad Ridha
• Direction : Sylvie Lorente, Stéphane Ginestet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 28/04/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Matériaux et Durabilité des Constructions - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions [Toulouse] / LMDC
• Jury : Président / Présidente : Walter Bosschaerts
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Lorente, Stéphane Ginestet, Matthieu Labat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frederic Kuznik, Karim Limam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Climat aride

Îlot thermique urbain

Albédo

Mots clés libres

Îlot de chaleur urbain (ICU)

Albédo

Végétation

Climat chaud et aride

ENVI-met

Température équivalente physiologique PET

PMV

UHI

Mitigation Strategies

Arid climate

ENVI-met

Thermal comfort

PMV

PET

Résumé

De nombreuses études au cours des dernières décennies ont porté sur l'effet l’îlot de chaleur urbain (ICU). Les efforts initiaux visant à comprendre les facteurs qui influent sur l’ICU ont contribué à la mise en place de solutions et de stratégies d'atténuation adaptées. Les stratégies d'atténuation comprennent généralement l'augmentation de l'albédo urbain (réflectivité au rayonnement solaire) et l'évapotranspiration. Les augmentations d'albedo sont obtenues grâce à des technologies de toiture et de pavage ayant un albédo élevé. Une augmentation de l'évapotranspiration est obtenue par une combinaison de la diminution de la fraction de surfaces imperméables et la plantation de végétation dans les zones urbaines. Le confort thermique extérieur est défini à partir d’indices prenant en compte différents paramètres physiques et traduit la perception et la satisfaction des piétons. Ce confort est très difficile à obtenir en climat chaud et aride. Par conséquent, le travail présenté dans ce document met l'accent sur les méthodes appropriées pour réduire l’ICU et ainsi améliorer le confort thermique en plein air des piétons. Jusqu’à présent, peu de recherches ont été menées sur le confort thermique extérieur dans un climat chaud et aride. Les études sur l'atténuation de l'ICU et le confort thermique extérieur sont pratiquement inexistantes pour la ville de Bagdad. Bagdad a un tissu urbain complexe avec des constructions modernes, des maisons traditionnelles et des éléments caractéristiques du patrimoine local. Le climat en été est chaud, et les mois d'été sont considérés comme la plus longue saison avec près de 7 mois de l'année. Dans un premier temps, cette étude se concentre sur l'étude des stratégies d'atténuation à envisager afin d’évaluer comment le confort des piétons est affecté par les choix de conception des constructions, en comparant un quartier traditionnel à un quartier moderne. L’étude envisage ensuite la façon dont la végétation et les ombrages contribuent à réduire l'effet de l'ICU et à améliorer le confort thermique extérieur. Quatre scénarios différents sont élaborés pour évaluer le rôle d’éléments végétaux tels que les arbres, l'herbe et les différents modèles d'ombrage. L'évaluation a été effectuée le jour le plus chaud de l'été, la température radiante moyenne, l'humidité spécifique, la température de l'air et les distributions de la vitesse du vent ont été analysées à l'aide du logiciel ENVI-met. Le confort thermique est ensuite évalué à l'aide des indices thermiques de la température équivalente physiologique PET et du PMV étendu aux ambiances extérieures. En outre, une proposition de solution est abordée afin d’étudier son impact sur le confort thermique pour la journée la plus chaude (situation extrême) et une journée typique d’été. Les résultats ont révélé une amélioration du confort thermique dans la journée typique d’été. L'étude montre comment les facteurs urbains tels que le rapport d'aspect, la couverture végétale, les ombres et la géométrie du quartier sont des éléments cruciaux que les urbanistes et les municipalités doivent prendre en compte, en particulier pour les nouveaux aménagements urbains dans un climat chaud et aride. Une proposition d’aménagement global pour atténuer les ICU dans le cas d’un nouveau quartier sous climat aride, est détaillée en fin de mémoire.

Numerous studies over the past several decades focused on the effect of the Urban Heat Island. Initial efforts on understanding the factors affecting UHI contributed to proceed the appropriate solutions and mitigation strategies. Mitigation strategies comprise increase both urban albedo (reflectivity to solar radiation), and evapotranspiration. Albedo increases are obtained through high albedo roofing and paving technologies. An increase in evapotranspiration is achieved through a combination of decreasing the fraction of impervious surfaces and planting vegetation in urban areas. The outdoor thermal comfort is influenced by the perception and satisfaction of the pedestrians, especially in hot and arid climates. Consequently, this work focuses on the appropriate methods for reducing the Urban Heat Island and thus to enhance the pedestrians outdoor thermal comfort. However, there is limited research conducted on the outdoor thermal comfort in hot and arid climate. The studies on the mitigation the Urban Heat Island and the outdoor thermal comfort are almost non-existent for Baghdad city. Baghdad has a complex urban fabric with modern design constructions buildings, traditional and heritage houses. The climate in summer is hot, and summer months are considered the longest season with nearly 7 months of the year. This study focuses on investigating possible mitigation strategies to ensure how pedestrian comfort is affected by the constructions design choices comparing a traditional district to a modern one, and on how vegetation and shading patterns contribute to reducing the effect of UHI and improving the outdoor thermal comfort. Four different scenarios are designed to assess the role of vegetation elements such as trees, grass, and different shading patterns. The evaluation was performed on the hottest day in summer, the mean radiant temperature, specific humidity, air temperature, and wind speed distributions have been analyzed using ENVI-met software. Thermal comfort is assessed using the thermal indices the Physiological Equivalent Temperature PET and the Predicted Mean Vote PMV. Also, a proposal model is designed to evaluate the thermal comfort on the hottest day and the typical day in summer. The results revealed an improvement on thermal comfort in the typical day in summer. The study shows how the urban factors such as the aspect ratio, vegetation cover, shadings, and geometry of the canyon are crucial elements that urban planners and municipalities have to take into account, especially for new urban developments in hot, arid climate.