Document de préparation à la saisie des demandes d`allocations

Document de préparation des demandes de contrats doctoraux
Date limite de dépôt à l’ED par les laboratoires : 20 mai 2016 midi
au plus tard
Informations / Présentation
Intitulé français du sujet de thèse proposé - Formes urbaines et îlot de chaleur : simulation
et outils d’aide à la décision pour une ville durable : Etude de cas sur la Communauté Urbaine
de Dijon
Unité de recherche et l'équipe interne - UMR ThéMA équipe Mobilité Ville Transport
Domaine scientifique principal de la thèse - SHS changements globaux
Les nom, prénom et courriel du directeur de thèse - Thomas THEVENIN
[email protected]
Les nom, prénom et courriel du codirecteur/coencadrant éventuel de thèse – Yves
RICHARD (UMR Biogéosciences équipe CRC) [email protected]
Section CNU : 23-24
Membre IUF : non
Nombre de doctorants actuellement en direction : 3 (deux soutenances programmées en
2016)
Nombre de contrats doctoraux obtenus au cours des 3 dernières années : 2
Argumentaire scientifique présentant les enjeux de la thèse
Depuis 2013, les laboratoires ThéMA et Biogéosciences travaillent en collaboration sur la
reconstitution de l’Ilot de Chaleur Urbain (ICU) sur l’agglomération de Dijon. A cette fin, une
chaîne de modélisation a permis de constituer une carte des variations de chaleur à une
résolution spatiale d’une précision inégalée à ce jour (100 mètres). Cet instrument de
recherche a été complété par la mise en place d’un réseau de mesures composé de 50 sondes,
qui permettent de relever températures et précipitations en continu. Ces observations (in situ)
permettent ainsi de valider les données estimées par les modèles (in silico).
Cette première expérience a permis de dégager trois grands enjeux de recherche sur le
changement climatique en milieu urbain. Le premier enjeu porte sur les manifestations du
phénomène d’ICU. Quels sont les facteurs contribuant à la formation et à l’intensité de l’Ilot
de Chaleur ? Comment l’ICU se manifeste-t-il en période hivernale et sous quelles
conditions ? Le second enjeu met en relation la forme des villes et l’ICU. Pourrions-nous
imaginer de nouvelles formes de ville et de nouveaux équipements pour limiter l’ICU ? Le
troisième enjeu interroge la question des impacts du stress thermique sur les populations
urbaines. Comment identifier les populations sensibles aux excès de chaleur et comment in
fine améliorer le dispositif de veille du plan canicule. Ces enjeux constituent les trois
principales orientations de recherche de ce contrat doctoral.
Projet de thèse
Ce projet de thèse, de 2 pages maximum, doit obligatoirement contenir :
Le titre de la thèse : Formes urbaines et îlot de chaleur : simulation et outils d’aide à la
décision pour une ville durable : Etude de cas sur la Communauté Urbaine de Dijon
La description du projet
Contexte
En août 2003, l’Europe subit une période estivale caniculaire, plus de 70 000 morts en Europe dont 20
000 uniquement en France (Robine et al., 2008). Cette canicule meurtrière est une piqûre de rappel
douloureuse quant à l’importance du climat urbain et de ses impacts sur les populations les plus
fragiles (Besancenot J.P,. 2002). L’augmentation de la durée, de l’intensité et des fréquences des
épisodes caniculaires, causes du changement climatique (Meehl et Tebaldi, 2004), tendent à renforcer
les ICU. Dans un contexte de changement climatique, d’augmentation des coûts de l’énergie et de
concentration des hommes dans les villes, l’îlot de chaleur urbain émerge comme un problème majeur.
Pour pallier ce problème d’ICU, la communauté d’agglomération du Grand Dijon, dans le cadre de sa
politique d'adaptation au changement climatique, s’interroge sur les moyens de limiter les effets
négatifs associés aux canicules, que ce soit en termes sanitaires ou de consommation d'énergie (Cam,
2012). Dans cette optique, le Grand Dijon, en partenariat avec l'ADEME Bourgogne-Franche-Comté,
Météo France, Alterre Bourgogne et deux laboratoires de recherche (THEMA et CRCBiogéosciences), ont mis en place un programme de Mesures UrbaineS de la Température dans
l'Agglomération du gRand Dijon (MUSTARDijon). Ce réseau de mesures se caractérise d’une part,
par le nombre important de points de mesures (50 au total) dans une ville de taille moyenne (250 000
habitants) et d’autre part, la durée dans le temps de ces mesures, (actuellement 3 ans).
Enjeux et objectifs
Les causes principales de la formation de l’ICU en période estivale sont déjà très étudiées dans la
littérature scientifique (Mestayer et Anquetin, 1994, Santamouris, 2005, Bozonnet et al., 2006, Oke,
1987,2006). Mais elles n’ont été que rarement étudiées de manière conjointe sur la formation de
l’ICU. Le premier enjeu vise à tester la sensibilité de plusieurs facteurs apparaissant comme
prépondérants dans la formation d’un ICU par la littérature scientifique. Grâce au réseau
MUSTARDijon, cet ICU hivernal est identifiable, par conséquent, il peut être étudié de manière
précise avec des données terrains. Ainsi, ce sujet permet d’apporter des éléments nouveaux dans la
compréhension de l’ICU et notamment l’ICU hivernal.
L’articulation d’une multitude de facteurs autant anthropiques (forme de ville, matériaux,
consommation d’énergie pour se chauffer ou se rafraîchir …) que climatiques (nébulosité,
ensoleillement …) détermine la présence et surtout l’intensité d’un îlot de chaleur urbain. La forme
urbaine constitue ainsi un des principaux facteurs de formation des îlots de chaleur. Or, elle reste un
des facteurs les moins bien pris en considération dans les approches urbanistiques et
architecturales qui tentent de s’adapter au changement climatique. Les travaux sur la relation
entre forme urbaine et températures de Brian Stone et al (2001, 2010) tendent à démontrer que
la ville compacte ou « semi-compacte » serait une forme urbaine plus à même de lutter contre les
forts épisodes de chaleurs comparée aux villes étalées. La recherche de formes de villes
adéquates pour limiter l’ICU constitue le second enjeu de cette recherche doctorale.
Le troisième enjeu a pour ambition de traiter les impacts sur les populations. Il s’agit d’identifier les
secteurs et les personnes sensibles au stress thermique (population très jeune ou âgée) en vue
d’améliorer le dispositif de veille du plan canicule. Une cartographie très précise du stress thermique
permettrait de contacter les personnes les plus vulnérables de façon plus ciblée.
Méthode
Cette recherche doctorale implique de construire une chaîne méthodologique qui mobilise les
systèmes d’information, l’analyse de données ainsi que les modèles climatiques. Deux
modèles seront confrontés au cours de la thèse. D’un côté, le modèle WRF, qui est un modèle
climatique américain à aire géographique limitée, il s’agit du modèle climatique à fine échelle le plus
exporté et utilisé à travers le monde. Celui-ci résout explicitement les équations de la dynamique qui
assure la conservation et implémente les principaux processus physiques en lien avec le climat
(Skamarock et al,. 2008). Ce modèle offre une large gamme de configurations de simulation, avec, par
exemple, le mode “real” alimenté par les données simulées à larges échelles et / ou par assimilation de
données provenant de réseaux d’observation terrestres (dans notre cas le réseau MUSTARDijon). De
l’autre, Meso-nh, qui est un modèle entièrement français développé par Météo France. Il s’agit, là
encore, d’un modèle de surface pour la représentation des interactions de l'atmosphère de surface, en
considérant différents types d’occupation des sols (végétation, ville, océan, lac). A l’inverse, Meso-nh
de dispose que d’une paramétrisation physique, mais celle-ci a été éprouvée et validée par de très
nombreux tests. De plus, le modèle Meso-nh n’est disponible à la communauté mondiale que depuis 2
ans, ce n’est donc pas un modèle répandu hors de France. Une comparaison des forces et faiblesses de
ces deux approches sera effectuée au cours de la thèse.
Résultats attendus
En premier lieu, une analyse de sensibilité des modèles sera réalisée de façon à valider les
résultats des différents modèles mobilisés pendant la thèse. Ensuite, une cartographie du stress
thermique sera effectuée, afin de mettre en évidence des inégalités socio-environnementales.
Enfin, une approche prospective sera privilégiée afin d’étudier les différentes formes de villes
aptes à réduire le phénomène d’Ilot de Chaleur Urbain.
Les connaissances et compétences requises
Pour la réalisation de ce contrat doctoral, une formation en master géographie et
aménagement est requise. Des connaissances en climatologie et en géographie humaine seront
nécessaires.
Sur le plan méthodologique, une bonne maîtrise des Systèmes d’Information Géographique et
des modèles climatiques (WFR et Méso-nh) est indispensable. Une expérience dans le
domaine du traitement statistique est nécessaire (R statistiques, Matlab). Enfin, la maîtrise de
l’anglais est requise pour la présentation et la rédaction d’article scientifique.