Diagnostiquer la surchauffe urbaine sur son territoire

Pour évaluer la vulnérabilité de son territoire à la chaleur, prioriser les actions, choisir des solutions adaptées ou suivre l’évolution dans le temps, recourir à un diagnostic de la surchauffe urbaine peut s’avérer très utile. Mais il faut pour cela bien identifier son besoin et se repérer parmi les nombreuses méthodes existantes.

Aléa(s) climatique(s) concerné(s) :

Canicules

Canicules

Type(s) d'action(s) :

Sensibiliser et communiquer, Diagnostiquer

Enjeux d'adaptation

Prendre en compte la vulnérabilité particulière des villes face aux canicules

On observe de nettes différences de températures entre la ville et la campagne, en raison du phénomène d’îlot de chaleur urbain qui accroit la vulnérabilité des villes aux vagues de chaleur.

Même au sein des villes, la température de l’air et la température ressentie peut différer d’un endroit à l’autre, et ces différences varient au cours de la journée.

Bien comprendre comment la chaleur est répartie sur son territoire permet d’aiguiller l’action pour se protéger plus efficacement des canicules.

Points forts

De nombreuses méthodes existantes

Possibilité de s'adapter aux différents budgets
Possibilité de s'adapter aux différents objectifs
Aide à la décision pour prioriser et mettre en place des actions adaptées

Notre article sur les différentes méthodes existantes

Description de la solution

Domaine d'application : Espace public

Que diagnostiquer ? Îlot de chaleur urbain, confort thermique, ...

Lorsqu’on parle de surchauffe urbaine, on fait souvent référence à « l’îlot de chaleur urbain » (ICU). Ce phénomène microclimatique se traduit par une température plus élevée, surtout la nuit, entre la ville et la campagne environnante, liée aux caractéristiques urbaines. Son intensité, c’est-à-dire la différence de température de l’air par rapport à la campagne, varie :

dans le temps : élevée la nuit, elle peut être nulle en début de journée
dans l’espace : certaines zones de la ville sont ainsi plus exposées au phénomène d’ICU, et peuvent nécessiter une attention particulière dans une stratégie d’adaptation aux fortes chaleurs.

La surchauffe peut aussi être étudiée à une échelle plus fine par le prisme de la température ressentie ou du confort thermique, qui prend aussi en compte d’autres facteurs que la température de l’air (vent, humidité, rayonnement du soleil et des surfaces…).

Attention à ne pas confondre le phénomène d’îlot de chaleur urbain avec l’expression « d’îlots de chaleur », souvent utilisée pour désigner des espaces où la température de l’air ou ressentie est très importante.

Pour vous aider à vous y retrouver parmi des différentes notions et à comprendre l’intérêt d’étudier la surchauffe en ville :

consultez notre article co-écrit avec l’ADEME, le CEREMA et le LIED

Pourquoi étudier la surchauffe urbaine sur son territoire ?

Une étude ou un diagnostic de la surchauffe sur son territoire peut s’inscrire dans différentes démarches et différents objectifs. Il est important de bien définir ce que l’on cherche et à quoi servira ce travail avant de se lancer et choisir le périmètre, la durée, la méthode et les données analysées.

Une étude de la surchauffe peut avoir pour but :

D’évaluer la sensibilité du territoire face aux canicules, dans le cadre d’un diagnostic de vulnérabilité
D’identifier les « zones à enjeu » où agir en priorité
D’identifier les îlots de fraîcheur pour les recenser, les protéger et les développer
De surveiller dans le temps la surchauffe en ville afin d’étudier son évolution, fixer des objectifs et générer des alertes localisées
D’analyser le confort thermique dans un quartier pour proposer des aménagements adaptés
D’optimiser le confort thermique des usagers dans un projet d’aménagement

Les différentes méthodes pour diagnostiquer la chaleur en ville

Une fois l’objectif du diagnostic bien défini et les notions bien comprises, il est temps de choisir la bonne méthode, chacune ayant ses intérêts et ses limites, sachant qu’elles peuvent être combinées. On peut les classer en différentes approches.

Les approches empiriques :

Les thermographies satellites et aériennes :

Principe : grâce au rayonnement infrarouge détecté, les températures de surface à un instant T peuvent être mesurées via un satellite, avion ou drone. Des cartes colorées selon la température déduite sont ensuite produites.
Utilisation et intérêt : sensibiliser sur les variations de températures au sein d’une ville, peut éventuellement participer au diagnostic si associé à d’autres méthodes.
Limites et contraintes : ne renseigne pas sur les températures de l’air (pas toujours corrélées aux températures de surface), cliché à un instant donné qui ne rend pas compte des évolutions temporelles, données approximatives (surtout pour les thermographies satellites).

Les campagnes de mesures :

Principe : mesurer la température sur le terrain, avec des stations fixes et/ou mobiles (montées sur un véhicule), le temps d’un été.
Utilisation et intérêt : peut servir de base à une cartographie de l’îlot de chaleur urbain, aide à repérer les zones à enjeux, mesure directement la température de l’air et peut suivre l’évolution journalière.
Limites et contraintes : le coût peut vite grimper si l’on souhaite multiplier les trajets et les capteurs, il faut être stratégique et bien coller au besoin.

Les réseaux de mesures pérennes :

Principe : mettre en place et suivre un réseau de capteurs ou stations météo.
Utilisation et intérêt : permet de suivre l’évolution dans le temps, de fixer des objectifs chiffrés, de générer des alertes localisées, de produire des cartographies, pertinent dans le cadre de la création d’un service/observatoire climatique.
Limites et contraintes : nécessite un emploi à temps plein pour suivre le réseau.

Les diagnostics sensibles / enquêtes sociologiques :

Principe : questionner les habitants sur le ressenti, dans différents formats (entretiens, ateliers, balades…).
Utilisation et intérêt : permet d’identifier les zones à enjeux et les problématiques du territoire en prenant en compte les pratiques et usages des habitants, relativement peu coûteux et adapté aux plus petites collectivités.
Limites et contraintes : elles doivent s’appuyer sur un protocole rigoureux, nécessitent de mobiliser les citoyens.

Les approches par l’analyse du territoire :

Le zonage climatique :

Principe : en utilisant un référentiel, il est possible de découper le territoire en zones de différentes catégories, en fonction de l’occupation des sols, qui sont liées à leur influence climatique. On parle de « zones climatiques locales » (LCZ).
Utilisation et intérêt : ce référentiel permet une première approche pour estimer le comportement thermique du territoire, et est souvent associé en appui d’autres méthodes, généralement empiriques.
Limites et contraintes : seules, les LCZ produisent une information assez limitée et ne peuvent pas être considérées comme une méthode complète de diagnostic.

Les modélisations numériques à l’échelle de la ville ou de l’agglomération :

Principe : simuler un épisode de chaleur avec des modèles physiques qui prennent en compte la morphologie urbaine, pour obtenir les températures de l’air et le confort thermique avec une définition jusqu’à une maille de 100 m.
Utilisation et intérêt : ces simulations permettent de révéler rigoureusement la répartition spatiale de l’îlot de chaleur urbain sur l’ensemble de l’agglomération ou de la commune, il est aussi possible de faire varier des paramètres pour tester des scénarios d’adaptation.
Limites et contraintes : cette méthode n’est pas adaptée à l’échelle micro (ex : de la rue), et la puissance de calcul nécessaire la rend relativement coûteuse.

Les simulations simplifiées à l’échelle de la ville :

Principe : se concentrer sur quelques caractéristiques clés pour simuler les températures ou la surchauffe sous forme d’indice.
Utilisation et intérêt : cette méthode est moins coûteuse et plus agile, et peut aider à identifier des zones à enjeux.
Limites et contraintes : les résultats sont moins robustes que ceux des simulations reposant sur des modèles physiques poussés, et peuvent être discutables.

Les simulations microclimatiques poussées :

Principe : des logiciels sont capables de simuler avec précision les échanges thermiques pour un quartier ou un aménagement, en prenant en compte de nombreux paramètres dont le vent.
Utilisation et intérêt : les simulations produisent des résultats riches et précis à petite échelle sur le confort thermique, et il est possible d’y tester des projets d’aménagement.
Limites et contraintes : ces simulations sont très lourdes, nécessitant un temps et un coût non négligeable, les rendant plus pertinente pour des projets d’envergure que pour une utilisation quotidienne.

Les simulations microclimatiques simplifiées :

Principe : des logiciels plus simples permettent d’estimer le comportement thermique de choix d’aménagement, soit en ce basant sur des calculs physiques, soit sur des indices empiriques.
Utilisation et intérêt : plus agiles, ils peuvent être utiles comme outils d’aide à la décision et de sensibilisation. Il en existe des gratuits ou très peu coûteux et pouvant être utilisés en interne.
Limites et contraintes : relativement peu rigoureux, ils ne constituent pas un outil de diagnostic, et il faut comprendre les limites des différents outils pour ne pas surinterpréter les résultats.

Pour en savoir plus sur ces différentes méthodes et leurs intérêts :

notre article sur les données et méthodes pour cartographier la surchauffe urbaine

Expérimentation de la solution

Etude de caractérisation et d’intervention sur les secteurs de surchauffe urbaine de l’EPT Boucle Nord de Seine

En février 2025, Sophie Pellier, Cheffe de projets Agriculture et écologie urbaine, nous a présenté l'étude sur la surchauffe urbaine menée par l'EPT Boucle Nord de Seine.

Contexte

L’EPT Boucle Nord de Seine a réalisé, du printemps 2023 à l’automne 2024, une étude sur la surchauffe urbaine. Cette étude, réalisée à l’appui d’un prestataire (Urban Eco), a été engagée pour travailler sur les objectifs de résilience et de développement de la nature en ville fixés dans le PCAET du territoire. La mission s’est inscrite dans une démarche plus globale, lancée en mai 2022, visant à sensibiliser agents et élus aux enjeux de surchauffe et de nature en ville.

Objectifs

La démarche répond à plusieurs objectifs de la collectivité :

Objectiver la vulnérabilité du territoire aux épisodes caniculaires
Améliorer la compréhension du phénomène d’ilot de chaleur urbain par l’ensemble des agents et élus
Elaborer un programme d’actions permettant de lutter contre la surchauffe urbaine

Méthodes employées

Diagnostic à l’échelle du territoire

Le diagnostic de surchauffe a été mené, dans un premier temps, à l’appui d’outils cartographiques. Une thermographie infra-rouge, provenant du satellite Landsat, a été utilisée pour cartographier la surchauffe à l’échelle du territoire. Elle a permis de mettre en évidence le niveau élevé des températures de surface en zones d’activités, ainsi que les réservoirs de fraicheur liés à certains grands parcs.

Des éléments intéressants, mais qu’il convient d’analyser prudemment compte tenu de la méthode employée, les températures de surface n’étant pas toujours corrélées aux températures de l’air.

Pour diagnostiquer la vulnérabilité du territoire aux fortes chaleurs, cette première approche a été croisée à une analyse de la densité de la population. Ce croisement a fait ressortir les secteurs de grands ensembles, les quartiers de centre-ville, ainsi que les secteurs d’habitat pavillonnaires. Cette vulnérabilité équivalente entre habitat collectif et pavillonnaire a permis à chaque commune de prendre conscience de la nécessité de disposer d’espaces verts publics pouvant jouer le rôle de réservoirs de fraicheur. Ce croisement a également permis de relativiser la vulnérabilité des zones d’activité dans la mesure où la présence humaine y est réduite.

Analyses de terrain

Pour mieux comprendre les éléments qui participent au renforcement du phénomène d’ilot de chaleur urbain ou au contraire favorisent le rafraichissement, des analyses in-situ ont été menées sur 18 sites répartis sur les sept communes du territoire. Ces sites avaient des typologies variées : rue, place, parc, cour d’école, cimetière, etc. Ont été pris en compte pour ces analyses les températures de surface, le facteur de ciel, le taux de canopée et l’humidité au sol.

Ces relevés de terrain ont permis aux élus et techniciens présents de faire le constat de l’accumulation et la restitution nocturne de la chaleur par certains revêtements et de l’apport de fraicheur par la végétation (qui offre ombrage et humidité).

Les mesures de terrain ont constitué un temps fort pour développer une culture commune sur les enjeux de surchauffe urbaine.

Utilisation du diagnostic

Suite à la réalisation du diagnostic, la définition d’un plan d’action a été engagée. L’objectif était d’identifier des secteurs d’intervention et d’y associer une boite à outils opérationnelle.

Pour définir les sites à renaturer, un travail cartographique a été mené pour identifier les grandes surfaces imperméabilisées du territoire (parkings, dalles, zones de stockage, cours d’école, etc…). Ces zones potentielles ont par la suite été priorisées au regard de leur vulnérabilité aux fortes chaleurs et des enjeux par rapport aux trames verte et bleue du territoire.

Pour chaque espace, de grands types d’action permettant de lutter contre la surchauffe peuvent être piochés dans une boite à outils opérationnelle. Cette dernière contient des fiches pour quatre grands types d’actions allant de la renaturation aux solutions grises en passant par la végétalisation et la désimperméabilisation. Chaque fiche action présente les grands principes de la solution, des illustrations, des ordres de grandeur de prix et les aides financières disponibles. Selon le type d’espace, un arbre d’aide à la décision facilite le choix de la solution la plus adaptée.

Le diagnostic a également permis de sensibiliser élus et agents du territoire et des 7 villes à l’enjeu de santé publique associé à la surchauffe urbaine.

Le retour d'expérience de Nanterre sur Plus Fraîche Ma Ville

Le service numérique public d'aide à la décision Plus Fraîche Ma Ville a répertorié dix retours d'expérience à travers la France, dont celui de Nanterre. Dans le cadre de son plan climat, la ville a lancé une étude pour caractériser le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU) et identifier les zones de fraîcheur sur son territoire. En croisant diverses méthodologies, telles que la cartographie, les simulations, les enquêtes et l’analyse des facteurs de risques, ce diagnostic a permis de formuler des actions concrètes pour réduire la surchauffe.

découvrir le retour d'expérience de nanterre Sur plus fraîche ma ville

Retours utilisateurs-rices

Co-bénéfices

Co-bénéfices environnementaux :

Recommandations d'actions qui mettent souvent en avant des solutions fondées sur la nature

Co-bénéfices autres :

Montée en compétence des services
Sensibilisation des élus
Priorisation des actions à mener selon d’autres enjeux (typologie de population, enjeux sanitaires, etc.)

Coûts

Les coûts des différentes méthodes de diagnostic

Thermographie satellite : 3 000 à 6 000 €
Thermographie aérienne : au moins 20 000 €
Campagne de mesures : entre 15 000 € et 50 000 €
Enquêtes sociologiques : moins de 10 000 €
Zonage climatique : environ 10 000 € (cartographie de l’Institut Paris Région gratuite pour l’Île-de-France)
Modélisation numérique à l’échelle de la ville ou agglomération (Météo-France) : entre 10 000 € et 20 000 €
Simulation microclimatique poussée : entre 30 000 € et 50 000 €
Indicateurs empiriques et simulations simplifiées : moins de 10 000 €

Complexité et contexte de mise en oeuvre

Prestataire(s)

Institut Paris Région
Cartoviz - Chaleur en ville
- Méthode : zonage climatique, croisement avec des données socio-économiques
- Utilisation : diagnostic de vulnérabilité, repérage des zones à enjeux
- Outil gratuit, carte accessible en ligne (Île-de-France)
L’Institut Paris Région a découpé le territoire francilien en « îlots morphologiques urbains », puis caractérisé leur influence climatique à partir de la classification des « zones climatiques locales ». Pour aller plus loin, des données sur la sensibilité des populations et la capacité à faire face ont été intégré. Cet outil Cartoviz peut ainsi servir de base à un diagnostic de vulnérabilité et aider à identifier les zones les plus vulnérables.

Site internet
Météo-France
Climadiag Chaleur en ville
- Méthode : simulation à partir de modèles physiques
- Utilisation : diagnostic de vulnérabilité, repérage des zones à enjeux, simulation de scénarios d’adaptation
- Outil payant
Pour caractériser le phénomène d’îlot de chaleur urbain d’une commune ou une agglomération, Météo-France propose, à partir de modélisations poussées, des cartes à très haute résolution (100 m) des températures de l’air et du stress thermique ressenti pendant un évènement de grande chaleur, dans le climat actuel et futur, ainsi qu’une analyse de l’évolution de l’ICU sur une journée. Des scénarios d’adaptation, comme l’augmentation de la part de végétalisation, peuvent également être testés pour en voir les effets.

Site internet
Le service Plus Fraîche Ma Ville
Le service numérique public d'aide à la décision Plus Fraîche Ma Ville permet aux collectivités de faciliter le diagnostic de la surchauffe sur leurs territoires.

Depuis l'espace projet, il est possible pour les collectivités :
- De réaliser une analyse simplifiée de la surchauffe urbaine sur un espace en quelques clics, grâce à un outil de calcul d’indicateurs en ligne
- De découvrir les méthodes de diagnostic approfondi via des fiches méthodologiques, afin d'identifier les prestations de diagnostic adaptées à votre projet
- D'obtenir les contacts des collectivités qui ont effectué un diagnostic et des experts qui les ont accompagnées
Site internet
Cerema
- Méthode : images satellites, zonage climatique, croisement avec des données socio-économiques
- Utilisation : diagnostic de vulnérabilité
- Prestation payante
Le CEREMA peut réaliser des cartographies des îlots de chaleur urbain, en se basant sur le zonage climatique et images satellites, et les compléter avec une étude des populations vulnérables et lieux sensibles, comme elle l’a fait pour Nancy ou Rodez, assorties de recommandations.

Site internet
Soleneos
Lauréat de l'Appel à candidature AdaptaVille 2024
- Méthode : simulation microclimatique à partir de modèles physiques
- Utilisation : analyser du confort thermique d’un quartier, optimiser l’effet d’un aménagement sur le confort thermique
- Service payant
Dans le cadre de rénovation urbaine, les études d’impact ICU Soleneos permettent de comparer l’état initial d’un projet avec son état final et d’évaluer quel état contribue le plus à l’intensification de l’îlot de
Chaleur Urbain. Elles sont réalisées à l’aide de l’outil de simulation microclimatique SOLENE-microclimat grâce à des simulations menées au pas de temps horaire au cours d’une semaine caniculaire.

Site internet
Resallience
ResilHeat Island
Lauréat de l'Appel à candidature AdaptaVille 2024
- Méthode : thermographies satellites
- Utilisation : identification des zones prioritaires, suivi de l'efficacité de solutions
- Service payant
L’offre ResilHeat Island est un outil d’ingénierie intégrée, qui permet de caractériser les températures de surface à travers l’analyse de données spatiales à l’échelle des, villes, quartiers, et bâtiments. Un ensemble de solutions sont alors proposées pour limiter l’absorption de chaleur et favoriser l’ombrage et l’évapotranspiration, et suivre son efficacité.

Site internet
Siradel
Toolkit Résilience Climatique Urbaine
Lauréat de l'Appel à candidature AdaptaVille 2023
- Méthodes : thermographie satellite, zonage climatique, croisement avec des données socio-économiques, jumeaux numériques
- Utilisation : diagnostic de vulnérabilité, prendre en compte l’effet sur la chaleur dans les choix d’aménagement
- Service payant
Filiale du groupe Engie, la société Siradel a développé une boîte à outil sur la résilience climatique urbaine, qui comprend un volet sur les îlots de chaleur. Elle propose une cartographie de vulnérabilité, basée sur une thermographie satellite et le zonage climatique ainsi que des données socio-économiques. Ensuite, grâce aux jumeaux numériques, il est possible de modéliser l’impact de projets d’aménagements.

Site internet
Tribu

Réalisation d’un diagnostic et recommandations

En tant que bureau d’études, Tribu peut réaliser pour des collectivités un diagnostic de la surchauffe sur leur territoire, à partir de plusieurs méthodes (thermographie, campagnes de mesures, simulations, enquêtes sociologiques…), et proposer des solutions adaptées.

Site internet
Egis
ICEtool
- Méthode : simulation avec modèle simplifié
- Utilisation : prendre en compte l’effet sur la chaleur dans les choix d’aménagement
- Outil gratuit et open-source
Prenant la forme d’un plugin QGIS, ICETool permet de reproduire une zone urbaine afin d'évaluer l'impact de nouveaux aménagements sur les températures de surface, mais aussi sur le taux d’imperméabilisation et de biotope. Les températures sont obtenues grâce à une simulation simplifiée des échanges thermiques sur 24h. Il est à utiliser comme un outil d’aide à la décision de l’aménagement du territoire.

Site internet