Comment les arbres rafraîchissent les villes en été

Introduction

En zone tempérée, l’irradiation solaire est d’environ 1000 W /m² par jour ensoleillé, ce qui signifie qu’une surface d’un ha reçoit 10 MW en moyenne d’énergie solaire. Ce que devient cette énergie dépend de la disponibilité en eau et du type de couverture du sol (2, 5). La majeure partie de l’énergie solaire sur les surfaces sèches est convertie en chaleur sensible, qui réchauffe le sol et l’air situé au-dessus (3). En été, les températures sur de telles surfaces peuvent excéder les 50°C. Pourtant, si la surface est couverte par une végétation en état de jouer son rôle (et bien pourvue en eau), 70 à 80 % de cette énergie peut être dissipée par évapotranspiration de l’eau (somme de la transpiration et de l’évaporation), ce qui signifie sa conversion en chaleur latente, responsable du rafraîchissement du voisinage (2, 6). Conséquence de l’effet de refroidissement par évapotranspiration, une zone végétalisée bien fournie en eau est considérablement plus fraîche que les surfaces sèches voisines. Cela peut être illustré de façon pratique au moyen de la thermographie (4).

Le but de ce texte est de montrer comment les arbres se comportent comme un système de climatisation parfait piloté par l’énergie solaire et utilisant de l’eau. Nous présentons plusieurs thermographies infra-rouge de villes avec des zones plantées d’arbres en Bohème du Sud (République tchèque), qui illustrent clairement comment la couverture végétale en zone urbaine a un effet significatif sur le climat local.

Un arbre et sa capacité de climatisation

Figure 1. Une personne debout à l’ombre d’un arbre dans un parc a une température de surface de 25,1 °C, pendant que le gazon sous l’arbre est seulement à 19,6 °C. Parce que la personne est plus chaude que son environnement, elle émet de la chaleur (sous forme de radiation d’ondes longues) aux objets plus frais. Au contraire, une personne debout sur un pavement exposé directement au soleil est environ 10°C plus fraîche que son environnement. Les surfaces imperméabilisées des villes sont invivables, atteignant des températures de 50°C ou plus.

L’arbre prélève de l’eau par ses racines. L’eau circule alors par les vaisseaux dans le tronc (la sève) jusqu’aux feuilles et s’évapore par de nombreuses stomates. Un grand arbre peut évapotranspirer des centaines de litres de vapeur d’eau, en utilisant 0,7 kWh/L d’énergie pour convertir l’eau liquide en vapeur (4, 5). L’effet de refroidissement est le résultat de l’utilisation de grandes quantités d’énergie solaire. Cette énergie est plus tard libérée dans de l’air frais ou au dessus de surfaces fraîches, où la vapeur d’eau se condense. De cette façon, les processus de condensation et d’évaporation ont une fonction de climatisation double – les lieux plantés sont rafraîchis par le processus d’évapotranspiration pendant que les endroits où la vapeur d’eau condense sont chauffés. L’évapotranspiration possède ainsi une énorme capacité à égaliser des différences de température à travers le temps et l’espace (1).

Figure 2. Vue d’en haut d’un square de Třeboň prise d’une tour un jour ensoleillé d’été. Les toits et le pavement exposés au soleil ont des températures de surface de plus de 50 °C. Les températures de surface des grands arbres dans le parc voisin sont de 34,2 °C. La température d’un parasol dans la terrasse d’un restaurant est de 46,6°C.

L’arbre vs. le parasol

Quelle est la différence entre l’ombre d’un parasol et l’ombre d’un arbre ? Un arbre non seulement réfléchit le rayonnement solaire (environ 20 %), mais aussi refroidit activement en évaporant de l’eau. Un parasol quant à lui réfléchit seulement le rayonnement solaire (environ 23 %) et rafraîchit ainsi moins bien que l’arbre. Donc, une personne s’asseyant sous un arbre se sent bien et avec une sensation de fraîcheur, alors qu’une personne s’asseyant sous un parasol reçoit la chaleur des lieux voisins plus chauds.

Figure 3. Un parasol au dessus d’une personne dans un restaurant a une température de 51,3 °C alors que la température de la cime d’un arbre est seulement de 32,7 °C. La zone sous le parasol est encore tout à fait chaude, atteignant une température de 36,3 °C (voir aussi la Figure 2), alors que le gazon dans le parc est seulement à 24,1 °C.

Le rôle des parcs en ville

Figure 4. Vue d’en haut d’une partie de la ville de Jindřichův Hradec. La température de surface des arbres dans le parc est d’environ 35 °C alors que la température des bâtiments voisins dépasse 50 °C. Les arbres du parc qui couvre 1 ha ont un pouvoir de rafraîchissement d’au moins 3000 kW, qui équivaut à 1000 appareils à air conditionné.

Conclusion

Une végétation bien pourvue en eau a un effet de refroidissement significatif et une capacité de climatisation (3). Donc, il est essentiel d’avoir en tête son aptitude à dissiper l’énergie solaire incidente – pas seulement dans la gestion paysagère au niveau global, mais aussi lors de la réalisation de plans d’aménagement en zone urbaine.

References

1- Čížková H., Květ J., Comín F. A., Laiho R., Pokorný J., Pithart D., 2011. Actual state of European wetlands and their possible future in the context of global climate change. Aquatic sciences 75: 3-26.
2- Hesslerová P., Pokorný J., Brom J., Rejšková – Procházková A., 2013. Daily dynamics of solar radiation surface temperature of different land cover types in a temperate cultural landscape:
Consequences for the local climate. Ecological engineering 54: 145-154.
3- Kravčík M., Pokorný J., Kohutiar J., et al., 2008. Water for the Recovery of Climate – A New Water Paradigm. Municipalia.
4- Pokorný J., 2001. Dissipation of solar energy in landscape – controlled by management of water and vegetation. Renewable Energy 24: 641-645.
5- Pokorný J., Brom J., Čermák J., Hesslerová P., Huryna H., Nadezhdina N. and Rejšková A., 2010. Solar energy dissipation and temperature control by water and plants. Int. J. Water 4: 311–336.
6- Pokorný J., Květ J., Rejšková A., Brom J., 2010. Wetlands as energy-dissipating systems. J Ind Microbiol Biotechnol 37: 1299-1305.

Traduction en français du poster « How trees cool down towns in summer » réalisé par
Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. , ENKI, o.p.s., Dukelská 145, Třeboň 379 01, Czech Republic
Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. , Department of Biology, Biotechnical faculty, University of Ljubljana, Slovenia