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Surplus de chaleur urbaine : des effets locaux et à grande échelle

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En zone urbaine, le surplus d'émission de chaleur, lié à l'activité humaine, provoque un réchauffement atmosphérique local. Une étude réalisée par le Scripps Institution of Oceanography suggère que les effets locaux altèrent la circulation générale et réchauffent l'atmosphère globale, de près de 1 °C en hiver.

Thermographie à Atlanta, aux États-Unis. En blanc, les pics de chaleur et en rouge, les fortes chaleurs. Les îlots de chaleur urbains augmentent la température ambiante locale, par rapport aux zones rurales ou forestières voisines. Les conséquences sont ciblées à la zone urbaine en question. Il peut y avoir une diminution de la rosée, et donc du lessivage des aérosols. De plus, il semblerait que la circulation générale atmosphérique puisse être altérée. © Ryanjo, DP

Les îlots de chaleur urbains sont des bulles de chaleur engendrées par l'activité humaine. Dans les agglomérations, des surplus d'émission de chaleur sont induits par l'absence de végétation, les usines, les moteurs de voitures, le décollage des avions, les chaudières, les climatisations, etc. Ainsi, localement, la température est supérieure à celle des zones rurales ou forestières voisines. Ces îlots peuvent réduire la rosée, et donc le lessivage des aérosols dans l'atmosphère : cela favorise la formation des smogs, et augmente le risque d'allergies et de problèmes respiratoires. Ils sont beaucoup étudiés en raison des impacts néfastes qu'ils peuvent avoir.

Cet effet local est bien documenté. À grande échelle, le Giec (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) estime, dans son troisième rapport, que ces bulles de chaleur ne peuvent pas contribuer à plus de 0,05 °C au réchauffement global. Toutefois, des météorologues, membres du Scripps Institution of Oceanography, ont suggéré récemment que durant l'hiver la chaleur urbaine de l'hémisphère Nord influençait les courants-jets (jet stream en anglais) des moyennes latitudes. Pendant les mois de l'hiver boréal, le surplus de chaleur des zones urbaines pourrait bien réchauffer de 1 °C l'atmosphère globale.

Les courants-jets (jet streams, en anglais) sont des courants atmosphériques d'ouest. Ils sont générés par le mécanisme du vent thermique. Ce dernier est induit par la différence de température entre l'équateur et les moyennes latitudes. Les courants-jets sont des courants permanents, à une altitude de 8 à 12 km et d'une vitesse variant de 100 à 400 km/h. © Nasa

Aux moyennes latitudes, soit autour de 45° N, il existe un courant-jet permanent, de direction moyenne ouest-est. Formé en haute troposphère, il est généré par la différence de température au sol entre l'équateur et les moyennes latitudes. Le courant-jet dans l'hémisphère Nord influencerait les perturbations météorologiques des latitudes moyennes et serait maximal durant l'hiver boréal. S'il existe aussi dans l'hémisphère Sud, il y est largement moins intense, car il y a moins de terres.

Le surplus de chaleur urbaine influe sur la température globale

Conduite par Guang Zhang, un météorologue du Scripps Institution of Oceanography, l'équipe de scientifiques explique dans le journal Nature Climate Change que les surplus de chaleur élargissent le courant-jet et renforcent la circulation atmosphérique aux latitudes moyennes. La circulation atmosphérique globale est donc perturbée. « Ce que nous avons trouvé c'est que les énergies générées par les zones urbaines ont, de façon collective, réchauffé l’atmosphère. Et ce, même à des milliers de kilomètres des sources d'émissions », explique Guang Zhang.

En 2006, l'énergie mondiale consommée était de 16 térawatts (TW), dont 6,7 TW provenaient de 86 zones urbaines de l'hémisphère Nord. Le problème est que la plupart se trouvent directement sous les courants-jets. Ainsi, même si seule une petite partie de l'énergie, émise de façon anthropique, est prise dans la circulation globale, elle est fortement concentrée dans les courants-jets.

Le forçage de la chaleur urbaine dans les modèles climatiques

Toutefois, sur l'année, le réchauffement n'est pas uniforme. Par exemple, les changements dans les principaux systèmes atmosphériques refroidissent la majorité de l'Europe de presque 1 °C durant l'automne. Ils ont donc un effet sur la température globale, d'environ 0,1 °C. L'étude ne précise pas si l'effet de chauffage urbain joue un rôle dans l'accélération du réchauffement climatique, mais Guang Zhang spécifie qu'utiliser les sources d'énergie renouvelable, comme l'énergie solaire ou éolienne, rend service à la société.

En outre, cet effet de réchauffement saisonnier pourrait bien expliquer la différence entre les données observées et le réchauffement simulé par les modèles numériques. Les membres du Scripps Institution of Oceanography soulignent ainsi l'importance du forçage des îlots de chaleur. Ils agissent sur la circulation atmosphérique globale, par la modification des courants-jets. C'est donc un forçage à prendre en compte dans les algorithmes des modèles couplés de circulation générale. 

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