Mesure des températures de surface

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prise de mesure

Avec le dérèglement climatique, Rennes (comme toutes les villes) subit des vagues de chaleur (de plus en plus longues, de plus en plus intenses). Si la température de l'air augmente, il en est de même avec la température de la surface du sol. Ces vagues de chaleur mettent aussi en lumière l'importance de conserver :

  • l'eau (rivières, ruisseaux, étangs, mares)
  • des sols profonds
  • de la végétation. Et plus particulièrement des arbres pouvant amener beaucoup d'ombrage

Durant l'été 2020, l'association "La nature en ville", le "GNSA Pays de Rennes" (en lien avec l'association Vitré-Tuvalu) a mené une opération de mesure citoyenne de la température de surface des sols à Rennes.


Outillage

Il a été utilisé un simple thermomètre infrarouge. Pour cette expérience, il a été fait un gabarit, afin de réaliser une mesure (perpendiculaire au sol) à une distance de 10 cm, afin de standardiser la mesure. À noter toutefois que chaque matériel a une incertitude de mesure propre (souvent +/- un degré Celsius).

Il est intéressant de contextualiser la mesure de température de surface avec celle de l'air (à l'heure des mesures). Outre la référence Météo France, il est aussi possible d'utiliser les stations citoyennes NetAtmo

Protocole

En préalable, il faut considérer que la mesure d'une température peut-être influencée par divers facteurs, susceptibles de rendre la mesure pertinente / aberrante :

  • la saison : une mesure en été aura plus de sens qu'à une autre saison (soit entre la mi-juin et la mi-septembre)
  • le jour : si on veut inter-comparer différents sites, il faut faire les mesures le même jour (à des horaires le plus proches possibles)
  • l'horaire : une mesure en milieu d'après midi (entre 15h et 17h l'été) est à privilégier (considérant que selon la saison, le pic d'émissivité des matériaux peut se décaler, voir plus bas)
  • l'ensoleillement : une journée sans nuage est à retenir, pour ne pas biaiser les résultats
  • les ombres portées (des bâtiments, arbres, etc.) : un même site, selon l'heure de la saison pourra être plus ou moins couvert d'ombre (des arbres ou bâtiments). Avant de déterminer une place ou rue à mesurer, il est souhaitable de s'interroger sur la présence ou non d'ombres portées (afin d'éviter les sites en ayant). Dans l'idéal, aucun point de mesure ne doit être effectué à l'ombre (auquel cas, il faut écarter la valeur retenue)
  • les matériaux : les matériaux ont une émissivité (émettre de l'énergie par rayonnement) différente : l'asphalte, le béton, le granite ont une émissivité plus importante que la bois ou le sable ou encore mieux l'herbe. Dans la mesure du possible, il est souhaitable d'avoir le même type de matériaux pour les différents points de mesure (ex : asphalte).
  • la couleur / albedo : les matériaux de couleurs sombres accumulent et ré-émettent plus de chaleur que les matériaux de couleur clair. Un même goudron (neuf : très sombre ou vieux, plus gris clair) peut donner des résultats différents. Dans la mesure du possible, il est souhaitable d'avoir le même type de couleur pour les différents points de mesure (ex : asphalte gris).
  • la perméabilité des sols : selon que le sol est perméable ou non à l'eau, on a inévitablement une humidité et donc une température qui varie. Pour mesurer des températures maximales, il est préférable de ne faire des mesures que sur des matériaux imperméables (ex : asphalte).
  • points de mesure : il est recommandé de prendre 9 points de mesure, sur une place. Selon la taille de la place retenue, les points doivent être distants de 10, 20, 30 mètres (dans la mesure du possible, en respectant les règles précédentes : pas d'ombres portées, matériaux uniformes et de même couleur). Il faut mesurer la température sur les 9 points et faire la moyenne des résultats (écarter un ou plusieurs points qui seraient à l'ombre, pour éviter de fausser la moyenne).
  • température de l'air : se référer à une mesure experte (Météo France ou autre outil de météo) pour avoir une température de l'air, à l'heure des mesures terrain (permet d'avoir un différentiel entre température de l'air et température du sol).
9 points de mesure sur une place



Retours d'expériences

Voici une synthèse des expériences menées par les associations et citoyens.

Mesure linéaire par transect (dimension SPATIALE)

  • Dimension spatiale : cette mesure est pertinente pour mesurer, sur une rue par exemple, le différentiel de température entre une partie ombragée et une partie ensoleillée.
  • Dimension temporelle : l'horaire de mesure importe moins, mais doit être fait de préférence ver le pic de chaleur (en milieu d'après midi l'été)
  • Nombre de points de mesure : le nombre de points de mesure peut varier selon le linéaire. Il est recommandé, pour plus de lisibilité d'avoir des espacements réguliers (équidistance)

Ce protocole a l'avantage d'être rapide à mettre en oeuvre sur le terrain. Et de bien illustrer l'intérêt de l'ombrage. Mais ne permet pas d'illustrer les écarts sur différents horaires et à l'échelle d'un quartier ou d'une ville. Il a été réalisé à Vitré, sur deux rues / chemins parallèles, afin d'illustrer le différentiel de température sur deux espaces proches géographiquement et qui devraient donc avoir, en théorie, la même température (ce qui n'était pas le cas, du fait de la différence d'ombrage et d'émissivité des matériaux).

Mesure à différents horaires (dimension TEMPORELLE)

  • Dimension spatiale : cette mesure est pertinente pour inter-comparer différents sites.
  • Dimension temporelle : en mesurant la température le matin (vers 9h), le midi (vers 14h) et le soir (19h), il est possible de mieux cerner l'intensité de variation des températures sur un même site. Et de comparer différents sites sur un même quartier, une même ville.
  • Nombre de sites de mesure : le nombre de sites de mesure est à définir au préalable. Attention toutefois au temps de trajet entre les sites, surtout s'ils sont nombreux

L'intérêt de ce protocole est de mieux cerner les écarts de température dans le temps et dans l'espace (à l'échelle d'un quartier ou d'une ville). Mais il peut s'avérer chronophage.

Evolution des températures selon la saison et l'heure

On peut voir que l'horaire du pic d'intensité de la chaleur des matériaux au sol varie selon la saison. En mai, le pic est plutôt à 15h, alors qu'il est plus tardif en juillet. La durée et l'intensité du pic semble aussi varier dans la saison. L'intensité du pic est plus élevé (plus de 20 degrés d'écarts avec la T° de l'air) en juillet qu'en mai. Et cette intensité (à plus de 15°C) dure près de 4 heures, contre seulement deux, en mai. Enfin, on voit l'effet des ombres portées (des bâtiments environnants) et l'inertie de la baisse des températures : au dessus de 30% de points à l'ombre (le matin et la fin d'après midi), la température moyenne des matériaux de la place semble être proche de celle de l'air. Ceci est moins vrai en fin d'après midi, où il faut attendre que la place soit complètement à l'ombre pour que les matériaux reviennent à la température de l'air.

Mai 2022
Juillet 2022

Résultats obtenus sur 9 points de mesures par site au cours du mois de mai

La température de l'air était alors de 22°C.

Mesure 1 - effectuée au mois de mai

Mesure des températures de surface dans le centre de Rennes courant mai

La différence de température entre la place de la mairie et le parc du Thabor est d'environ 6°C au mois de mai.

Une différence a été mise en évidence selon le type de matériau avec le bitume et la terre nue qui s'échauffement bien plus que la pelouse.

Différence de température de surface selon le revêtement du sol

Températures selon le type de revêtement du sol

Résultats obtenus sur 9 points de mesures au Thabor et sur la place de la mairie au cours du mois de juin.

La température de l'air était alors de 36°C.

Mesure 2 - effectuée au mois de juin

Mesure des températures de surface dans le centre de Rennes courant juin

La différence de température entre la place de la mairie et le parc du Thabor est d'environ 10°C au mois de juin, du fait que le parc du Thabor présente plus d'ombre apportée par les arbres. Il constitue un îlot de fraicheur essentiel lors de jours caniculaires.

Le différentiel de température entre le mois de mai et le mois de juin est d'environ 25°C quelque soit le lieu de mesure.


Résultats à Rennes (été 2020)

Accéder à la carte en ligne : Carte uMap

carte des températures maximales des revêtements de surface

Résultats à Vitré (août 2020)

Résultats des mesures de température un jour d'été (en milieu d'après midi) sur Vitré, sur un transect urbain (plus ou moins omrabgé). Accéder à la carte en ligne : Carte uMap Mesure 1 - transect

Trnsect des températures maximales des revêtements de surface

Le point le plus à l'ouest est à l'ombre d'un haut mur, avec du sol naturel et de grands arbres. Les points sur la place de la gare, rue de la Liberté sont des secteurs minéralisés, avec peu ou pas de végétation

Mesure 2 - double transect

Double transect des températures maximales des revêtements de surface

Transect (sud) sur un chemin, non bitumé, sous l'ombrage d'arbres, comparé aux résultats des températures sur une rue bitumée, sans arbres. Les pics de températures sont observés à l'aplomb de murs (pignons de maisons).

Résultats à Rennes (2022)

Une nouvelle campagne de mesures a été effectuée à Rennes au cours de l'été 2022.

Des mesures de surface ont alors été relevées une fois par mois, le long d'une journée sur 3 sites différenciés par leur taux d'imperméabilité : le parc du Thabor (végétalisé), le square de la Motte (mixte) et la place de la mairie (minéral).