Thèse Année : 2024

Geoprospective and climate modelling of urban vegetation in a perspective of adaptation to heat waves : Dijon Métropole as a study case.

Géoprospective et modélisation climatique de la végétation urbaine dans une perspective d'adaptation aux fortes chaleurs : application à Dijon Métropole.

Résumé

Adapting cities to extreme heat is a major challenge in urban planning. One of the key strategies involves increasing urban greening by developping cool islands or green corridors. These developments necessitate a reimagining of urban spaces and planning practices. Studying the impact on air temperature and thermal comfort of urban greening at the metropolitan scale is a research challenge in both urban climate modeling and territorial planning. At the intersection of climatology and geography, this thesis utilizes tools and methods from these disciplines to formulate a method for constructing greening scenarios. This research, aimed at developing decision-support tools, uses Dijon Métropole as a case study. The theoretical framework proposed for co-constructing and modeling territorial planning scenarios is that of geospective. The methodological approach is structured into two phases: (1) the validation of a reference simulation and (2) the creation of vegetation scenarios and the associated climate simulation.To simulate the impact of the scenarios at the metropolitan scale, Méso-NH coupled with TEB/SURFEX is ideal as it integrates the modeling of both upper and lower layers of urban vegetation. Constructing a realistic reference simulation requires an accurate description of land use. Upon identifying that urban vegetation is poorly represented in freely accessible databases, the thesis constructs a high-resolution urban vegetation database using very high-resolution satellite imagery. The validation of a reference simulation within the framework of a research-action project involves verifying whether the results are close to the measured air temperatures in the territory. Dijon Métropole is equipped with an air temperature observation network that covers the entire metropolitan area. Validating a reference simulation within the framework of a research-action project involves assessing whether the results closely align with the measured air temperatures in the territory. The data needed to obtain this reference tends to be accessible in most territories, making this method generalizable, provided that observation data is available for the studied period.The co-construction of urban greening scenarios is part of a research-action project carried out in the Dijon area from 2020 to 2024. Geospective tools guide this process toward the formulation of two scenarios: one “normative” and the other “exploratory”. These scenarios differ in terms of the types of vegetation added (tall, low), the locations of greening (city center, suburbs, commercial and industrial areas), and the density of the vegetation introduced. The normative scenario increases green areas to cover half of the city with low vegetation and one-quarter with trees. The exploratory scenario is closer to a realistic scenario, built from local urban planning documents (PLUi-HD) and the knowledge of metropolitan agents. It increases Dijon's low vegetation by 80%, proposing green neighborhoods up to 90%. It is characterized by the addition of large areas of low vegetation, while the normative scenario is characterized by an equivalent addition of smaller areas of both tall and low vegetation. The simulation results from Méso-NH coupled with TEB/SURFEX, when compared to the reference, show that the exploratory scenario cools air temperatures by up to -1°C, while the normative scenario leads to a reduction in UTCI (Universal Thermal Climate Index) by up to -2.5°C during the day. The methodology developed thus lays the foundation for a geospective approach to decision-support, generalizable to other territories.

L’adaptation des villes aux fortes chaleurs est un enjeu majeur de l’aménagement du territoire. Un des leviers d’action consiste à végétaliser les villes via des îlots de fraîcheur ou des trames vertes. Ces aménagements nécessitent de repenser l’espace urbain et les pratiques d’aménagement. L’étude de l’impact sur la température de l’air et le confort thermique de la végétalisation des villes à l’échelle métropolitaine constitue un enjeu de recherche à la fois en modélisation du climat urbain et en aménagement du territoire. Au croisement de la climatologie et de la géographie, la thèse se saisit des outils et méthodes issues de ces disciplines pour formuler une méthode de construction de scénarios de végétalisation. Dans l’optique d’élaborer des outils d’aide à la décision, ce travail utilise Dijon Métropole comme cas d’étude. Le cadre théorique proposé pour co-construire et modéliser des scénarios d’aménagement du territoire est celui de la géoprospective. L’arc méthodologique s’articule en deux phases : (1) la validation d’une simulation de référence et (2) la création de scénarios de végétation et la simulation climatique adossée.Pour simuler l’impact des scénarios à l’échelle métropolitaine, Méso-NH couplé à TEB/SURFEX est idéal car il intègre la modélisation des strates hautes et basses de végétation urbaine. La constitution d’une simulation de référence réaliste nécessite de décrire fidèlement l’occupation du sol. Après avoir identifié que la végétation urbaine est mal décrite par les bases de données libres d’accès, la thèse élabore une base de données de végétation urbaine à fine résolution à partir d’images satellites très haute résolution. La validation d’une simulation de référence dans le cadre d’un projet de recherche-action consiste à vérifier si les résultats sont proches des températures de l’air mesurées sur le territoire. Dijon métropole est dotée d’un réseau d’observation de température de l’air qui couvre toute l’agglomération. La validation passe par une étude de sensibilité qui confirme l’importance d’une meilleure description de la végétation dans les simulations du climat urbain. Les données nécessaires à l’obtention de cette référence tendent à être accessibles sur tous les territoires, ce qui en fait une méthode généralisable, à condition de disposer de données d’observation sur la période étudiée.Le processus de co-construction de scénarios de végétation urbaine s’inscrit dans un projet de recherche-action mené sur le territoire dijonnais de 2020 à 2024. Les outils de la géoprospective guident ce processus vers la formulation de deux scénarios, l’un « normatif », l’autre « exploratoire ». Les scénarios ainsi créés diffèrent en termes de types de végétation ajoutés (haute, basse), de lieux végétalisés (centre-ville, faubourgs, zones d’activités commerciales et industrielles) et de densité de végétation apportée. Le scénario normatif augmente les surfaces végétalisées pour obtenir une ville couverte de végétation basse sur sa moitié et d’arbres sur son quart. Le scénario exploratoire se rapproche d’un scénario réaliste, construit à partir des documents d’urbanisme locaux (PLUi-HD) et des connaissances des agents métropolitains. Il augmente la végétation basse de Dijon de 80%, proposant des quartiers végétalisés jusqu’à 90%. Il est caractérisé par l’ajout de larges surfaces de végétation basse, tandis que le scénario normatif se caractérise par un ajout équivalent de surfaces plus restreintes de végétation haute et basse. Les résultats de simulation Méso-NH couplé à TEB/SURFEX et la comparaison à la référence montrent que le scénario exploratoire rafraîchit la température de l’air jusqu’à -1°C, tandis que le scénario normatif se caractérise plutôt par une diminution de l’UTCI jusqu’à -2,5°C en journée. La méthodologie développée pose ainsi les bases d’une approche géoprospective d’aide à la décision généralisable à d’autres territoires.

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tel-05027848 , version 1 (18-03-2025)
tel-05027848 , version 2 (09-04-2025)

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  • HAL Id : tel-05027848 , version 2

Citer

Mélissa Poupelin. Géoprospective et modélisation climatique de la végétation urbaine dans une perspective d'adaptation aux fortes chaleurs : application à Dijon Métropole.. Géographie. Université Bourgogne Franche-Comté, 2024. Français. ⟨NNT : 2024UBFCH033⟩. ⟨tel-05027848v2⟩
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