Climatisation naturelle : les arbres urbains entre bienfaits et effets indésirables

Si les arbres peuvent rafraîchir certaines villes de manière significative pendant la journée, de nouvelles recherches montrent que les voûtes des arbres peuvent également piéger la chaleur et augmenter les températures pendant la nuit. L’étude vise à aider les urbanistes à choisir les meilleures combinaisons d’arbres et de lieux de plantation pour lutter contre le stress thermique urbain.

« Les arbres ont un rôle crucial à jouer dans le rafraîchissement des villes, mais nous devons les planter de manière beaucoup plus stratégique pour maximiser les avantages qu’ils peuvent apporter », a indiqué Ronita Bardhan.

Les températures dans les villes augmentent partout dans le monde et le stress thermique urbain est déjà un problème majeur qui entraîne des maladies, des décès, une augmentation de la consommation d’énergie pour refroidir les bâtiments, des problèmes d’inégalité sociale liés à la chaleur et des problèmes d’infrastructure urbaine.

Certaines villes ont déjà commencé à mettre en œuvre des stratégies d’atténuation, parmi lesquelles la plantation d’arbres figure en bonne place. Toutefois, une étude menée par l’université de Cambridge met en garde contre le fait que la plantation d’une mauvaise espèce ou d’une mauvaise combinaison d’arbres dans des lieux ou des dispositions non optimaux peut en limiter les avantages.

L’étude, publiée aujourd’hui dans le numéro de la revue, révèle que les arbres urbains peuvent abaisser la température de l’air au niveau des piétons jusqu’à 12 °C. Les auteurs ont constaté que l’introduction d’arbres permettait de réduire les pics de température mensuels à moins de 26 °C dans 83 % des villes étudiées, ce qui correspond au « seuil de confort thermique ». Toutefois, ils ont également constaté que cette capacité de refroidissement varie considérablement dans le monde et qu’elle est influencée par les caractéristiques des espèces d’arbres, l’aménagement urbain et les conditions climatiques.

« Notre étude bat en brèche le mythe selon lequel les arbres sont la panacée ultime pour les villes surchauffées du monde entier », a ajouté Ronita Bardhan, professeur agrégé d’environnement bâti durable au département d’architecture de Cambridge. « Les arbres ont un rôle crucial à jouer dans le rafraîchissement des villes, mais nous devons les planter de manière beaucoup plus stratégique pour maximiser les avantages qu’ils peuvent apporter ».

Les recherches antérieures sur les effets de refroidissement des arbres urbains se sont concentrées sur des climats ou des régions spécifiques et ont examiné des études de cas de manière fragmentée, ce qui laisse des lacunes importantes dans nos connaissances sur les mécanismes uniques de refroidissement des arbres et sur la manière dont ils interagissent avec les diverses caractéristiques urbaines.

Pour combler cette lacune, les auteurs de cette étude ont analysé les résultats de 182 études – concernant 17 climats dans 110 villes ou régions du monde – publiées entre 2010 et 2023, offrant ainsi la première évaluation globale complète du refroidissement des arbres urbains.

Pendant la journée, les arbres rafraîchissent les villes de trois manières : en bloquant le rayonnement solaire, par l’évaporation de l’eau via les pores de leurs feuilles et par la modification aérodynamique de l’écoulement de l’air par le feuillage. La nuit, cependant, les voûtes des arbres peuvent piéger le rayonnement de grande longueur d’onde provenant de la surface du sol, en raison de la résistance aérodynamique et de la « fermeture des stomates » – la fermeture des pores microscopiques à la surface des feuilles, en partie en réponse à la chaleur et au stress de la sécheresse.

Variation selon le type de climat

L’étude a montré que les arbres urbains rafraîchissent généralement davantage les villes dans les climats chauds et secs, et moins dans les climats chauds et humides.

Dans le climat « tropical humide et sec ou de savane », les arbres peuvent rafraîchir les villes de 12 °C, comme cela a été constaté au Nigeria. Toutefois, c’est dans ce même climat que les arbres réchauffent le plus les villes la nuit, jusqu’à 0,8 °C.

Les arbres ont obtenu de bons résultats dans les climats arides, en refroidissant les villes d’un peu plus de 9 °C et en les réchauffant la nuit de 0,4 °C.

Dans les forêts tropicales humides, où l’humidité est plus élevée, l’effet de refroidissement diurne est tombé à environ 2 °C, tandis que l’effet de réchauffement nocturne était de 0,8 °C.

Dans les climats tempérés, les arbres peuvent refroidir les villes de 6°C et les réchauffer de 1,5°C.

Utiliser les arbres de manière plus stratégique

L’étude souligne que les villes dont l’aménagement est plus ouvert sont plus susceptibles de comporter un mélange d’arbres à feuilles persistantes et à feuilles caduques de différentes tailles. Les chercheurs ont constaté que cela tend à entraîner un refroidissement plus important dans les climats tempérés, continentaux et tropicaux.

L’utilisation combinée d’arbres dans ces climats entraîne généralement un refroidissement de 0,5 °C de plus que dans les villes où l’on ne trouve que des arbres à feuilles caduques ou persistantes. Cela s’explique par le fait que les arbres mixtes peuvent équilibrer l’ombrage saisonnier et la lumière du soleil, en fournissant un refroidissement tridimensionnel à différentes hauteurs.

Dans les climats arides, cependant, les chercheurs ont constaté que les espèces à feuilles persistantes dominent et rafraîchissent plus efficacement dans le contexte spécifique des aménagements urbains compacts tels que ceux du Caire en Égypte ou de Dubaï dans les Émirats arabes unis.

En général, les arbres rafraîchissent plus efficacement les villes ouvertes et de faible hauteur dans les climats secs. Dans les villes ouvertes, le refroidissement peut être amélioré d’environ 0,4 °C parce que les espaces verts plus vastes permettent d’avoir des canopées plus nombreuses et plus larges et un plus grand mélange d’espèces d’arbres.

« Notre étude fournit aux urbanistes des lignes directrices en matière d’écologisation spécifiques au contexte, afin d’exploiter plus efficacement le refroidissement par les arbres face au réchauffement climatique », a indiqué le Dr Ronita Bardhan.

« Nos résultats soulignent que les urbanistes ne doivent pas seulement créer davantage d’espaces verts dans les villes, mais aussi planter le bon mélange d’arbres dans des positions optimales pour maximiser les avantages du refroidissement.

« Les urbanistes devraient se préparer à des climats plus chauds en choisissant des espèces résistantes qui continueront à prospérer et à maintenir les avantages de la climatisation », a déclaré le Dr Bardhan, membre du Selwyn College, à Cambridge.

Adapter les arbres aux formes urbaines

L’étude va plus loin en affirmant que le choix et l’emplacement des espèces doivent être compatibles avec les formes urbaines. L’orientation du « canyon de la rue », les zones climatiques locales, le rapport d’aspect, le rapport du ciel visible et d’autres caractéristiques urbaines qui influencent les effets des arbres doivent tous être soigneusement pris en compte.

Bien qu’un degré plus élevé de couverture arborée dans les canyons de rue se traduise généralement par des effets de refroidissement plus importants, une couverture trop élevée peut piéger la chaleur au niveau des piétons, en particulier dans les zones urbaines compactes situées dans des climats à température élevée. Dans ces endroits, il est recommandé d’opter pour des essences étroites et des stratégies de plantation clairsemée.

Les chercheurs soulignent que nous ne pouvons pas compter entièrement sur les arbres pour rafraîchir les villes et que des solutions telles que la protection solaire et les matériaux réfléchissants continueront à jouer un rôle important.

Les chercheurs ont développé une base de données et une carte interactives pour permettre aux utilisateurs d’estimer l’efficacité des stratégies de rafraîchissement sur la base de données provenant de villes ayant des climats et des structures urbaines similaires.

H Li et al., ‘Cooling efficacy of trees across cities is determined by background climate, urban morphology, and tree trait’, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01908-4

Source : U. Cambridge