Vers une ville climato-intelligente

L’IOT au service du suivi des îlots de chaleur urbain

La ville intelligente (Smart City) doit faire face à différents enjeux : optimisation de la consommation des ressources (eau, énergie), accès à l’information pour ses usagers (transport, parking…), bien-être au quotidien (environnement, aménagement du territoire, sécurité) et anticipation des changements (climatiques, mode de vie et de travail…).

L’observation du climat urbain est devenue ainsi essentielle et a connu un essor considérable au cours des dernières décennies. La croissance rapide des villes, en termes de population, a entraîné une augmentation des activités urbaines et la création d’îlots de chaleur (ICU).

L’ICU représente en un point donné la différence entre la température locale et celle la plus basse relevée en périphérie rurale « froide ». Il permet notamment de caractériser la surchauffe urbaine liée aux surfaces et aux volumes bâtis et artificialisés qui restituent la nuit la chaleur emmagasinée pendant la journée. L’intensité de l’ICU varie en fonction de l’heure et des saisons mais aussi en fonction des conditions météorologiques : il nécessite donc un suivi instrumental permanent.

Intensité de l’ICU nocturne à Rennes en juillet 2019 (source : Dubreuil et al., 2020)

Depuis 2003, le laboratoire LETG* mène des études sur les ICU à Rennes en partenariat avec les élus et services de la Métropole. En combinant mesures de terrain, imagerie satellitaire et modélisation, les premiers résultats ont permis de quantifier l’intensité et la fréquence du phénomène.

Ces différentes méthodes s’avèrent cependant couteuses et difficiles à maintenir limitant ainsi la densification des points de mesures.

En 2020, une nouvelle étape a été franchie grâce au partenariat établi entre LETG, Rennes Métropole* et les Sociétés Wi6Labs* et Alkante* en déployant un réseau de capteurs en temps réel s’appuyant sur la technologie LoRaWan. Ce projet a été cofinancé par la Zone Atelier Armorique du CNRS, la ville de Rennes et Rennes Métropole.

Réseau de capteurs connectés (avril 2021)

Cette approche a de nombreux avantages et a notamment permis :

• De multiplier les points d’observation via l’acquisition de capteurs à bas coût ;
• D’obtenir une cartographie plus précise de l’ICU ;
• De suivre en temps réel l’évolution du phénomène et de programmer des alertes ;
• De s’affranchir des contraintes d’installation du fait de la couverture radio LoRa sur l’ensemble du territoire rennais ;
• De détecter immédiatement des problèmes de mesures et remplacer les capteurs défaillant sans perdre trop de données.

Architecture de la solution

Exploitation des données

La profondeur temporelle des observations réalisées à Rennes depuis 2004 permet d’établir des valeurs de références interannuelles en termes de fréquences de l’ICU, ainsi que des moyennes horaires et saisonnières de son intensité.

Fréquences annuelles des classes d’intensité d’ICU quotidien à Rennes de 2004 à 2019

Le suivi en temps réel grâce aux capteurs connectés récemment installés permet d’obtenir des interpolations spatiales précises tenant compte de l’occupation du sol et notamment de la densité du bâti et de la végétation dont on sait qu’elles influencent fortement la configuration spatiale de l’ICU.

Ainsi, à Rennes, le schéma d’ICU relativement concentrique observable dans la partie sud de l’agglomération est contesté au nord par la présence de véritables coulées vertes et topographiques qui favorisent la pénétration des influences fraîches rurales (près de 2°C) jusqu’à proximité du centre-nord. Plus localement, les parcs et jardins permettent le développement d’îlots de fraîcheur de « proximité » réduisant l’ICU de quelques dixièmes de degrés en moyenne.

La cartographie fine de l’ICU est cruciale pour identifier les secteurs à enjeu fort et aider les acteurs du territoire dans la planification urbaine.

Article rédigé par : Vincent Dubreuil, (LETG-Rennes), Frédéric Clain (Wi6Labs), François Leprince (Alkante).

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