Îlots de chaleur urbains et Sky View Factor mesurés par LiDAR HD

Avec la multiplication et l'intensification des canicules, nos espaces urbains se transforment régulièrement en véritables étuves. C'est le redoutable phénomène des "îlots de chaleur urbains" (ICU). Les matériaux minéraux comme le béton et l'asphalte emmagasinent l'énergie solaire tout au long de la journée et la restituent massivement la nuit, empêchant la température de baisser et mettant en péril la santé des populations vulnérables.

Pour lutter contre ce fléau et adapter les villes, les urbanistes s'appuient de plus en plus sur la classification des Zones Climatiques Locales (LCZ - Local Climate Zones, conceptualisées par le chercheur Iain D. Stewart). Et pour définir ces zones, un indicateur géométrique est absolument crucial : la part de ciel visible depuis la rue. C'est sur ce point précis que le CEREMA a présenté des avancées majeures lors du GéoPitch IGN.

La révolution de la donnée de masse

Pendant longtemps, calculer cet indicateur à l'échelle d'un pays entier était un doux rêve. Les géomaticiens manquaient cruellement de données altimétriques homogènes. C'est là qu'intervient le programme national LiDAR HD.

Grâce à ce programme de cartographie 3D financé par France Relance, des avions ont balayé le territoire national en émettant 10 impulsions laser par mètre carré. Cette base de données gigantesque (plus de 3 pétaoctets) a permis de générer des Modèles Numériques de Surface (MNS) d'une précision inédite, débloquant enfin la capacité technique de calculer les indicateurs climatiques locaux à l'échelle de chaque rue.

Le Sky View Factor : Une question de perspective

L'indicateur au cœur de cette révolution s'appelle le Sky View Factor (SVF), ou facteur de visibilité du ciel. Il s'exprime mathématiquement par une valeur comprise entre 0 et 1, et il est fondamental en climatologie urbaine.

• Un SVF de 1 signifie que vous vous trouvez au milieu d'un champ plat et dégagé : le ciel est visible à 100%. La chaleur emmagasinée au sol peut s'échapper librement vers la haute atmosphère sous forme de rayonnement infrarouge nocturne.
• Un SVF proche de 0 signifie que vous êtes coincé au fond d'un canyon urbain très étroit. Les murs des bâtiments se renvoient la chaleur et l'emprisonnent au niveau du sol.

Cependant, comme le souligne Benjamin Pitini, l'interprétation du SVF nécessite de la nuance. Un SVF très bas (ciel bloqué) est catastrophique s'il est causé par un "canyon de béton", car la chaleur y stagne. En revanche, si ce SVF bas est causé par une canopée végétale dense (comme dans l'exemple du zoo de Singapour), l'effet s'inverse : l'ombre portée rafraîchit la rue en journée et l'évapotranspiration des feuilles agit comme un climatiseur naturel.

L'algorithme qui se met à la place du piéton

Calculer ce SVF de manière automatisée à partir du LiDAR demande une gymnastique algorithmique rigoureuse, que le CEREMA a parfaitement modélisée. Il ne suffit pas de scanner la ville de haut en bas ; il faut demander à l'ordinateur de se mettre "dans la peau du piéton".

Le processus géomatique se déroule en 4 étapes clés :

1. Le modèle brut : Tout part du Modèle Numérique de Surface (MNS) issu du LiDAR, qui inclut absolument tout (sol, bâtiments, arbres).
2. Le calcul spatial : Des algorithmes complexes (comme SAGA, intégré dans le logiciel QGIS) évaluent la visibilité de la voûte céleste pour chaque pixel 3D de ce modèle.
3. Le piège du sursol : Si l'on s'arrête là, le calcul est fondamentalement faussé. En effet, l'algorithme va calculer que le toit de l'immeuble a une excellente vue sur le ciel (ce qui est vrai pour un oiseau, mais inutile pour un passant).
4. L'application du masque : C'est l'étape cruciale. En croisant le modèle avec les bases de données d'Occupation des Sols (OCS), les experts appliquent un masque "sursol". Ce masque supprime mathématiquement toutes les valeurs situées sur les toits et la canopée, pour ne conserver que les calculs réalisés au niveau de la voirie.

Le résultat final est une cartographie continue et chirurgicale de la ville, perçue depuis le trottoir. Les urbanistes et décideurs locaux peuvent ainsi identifier d'un simple coup d'œil les places minérales encaissées et les rues suffoquantes. Ils disposent enfin de la carte stratégique indispensable pour cibler les lieux précis où il faut désimperméabiliser les sols et planter des arbres en urgence, afin que nos villes restent habitables lors des étés à venir.