Contribution des arbres au microclimat et à la dispersion de polluants en milieu urbain de l’échelle locale à la ville – CITRY

Modélisation multi-échelles de l'atmosphère urbaine incluant les arbres - Une approche de modélisation multi-échelles sera développée dans un modèle de couche limite atmosphérique (CLA) pour simuler les champs dynamiques, thermodynamiques et scalaires instantanés. Pour relier les échelles locale et urbaine, la représentation de la canopée urbaine végétalisée évoluera avec la résolution de la simulation, en utilisant des approches de rugosité à l'échelle de la ville, de porosité-traînée à l'échelle des quartiers et de frontières immergées à l'échelle locale. Ceci permettra d'affiner progressivement les effets d'hétérogénéité de la canopée urbaine et les interactions multiprocessus (rayonnement, transferts de chaleur et d'humidité, turbulence, etc.) entre les arbres et le bâti, tout en représentant explicitement les principaux mouvements turbulents et leurs interactions à travers les échelles, de la canopée à la CLA, pour différentes stabilités thermiques.

Quantification in situ des échanges turbulents le long du continuum échelle locale et ville - Une nouvelle campagne de terrain sera réalisée dans un quartier de Nantes pour documenter l'influence multi-échelles des arbres en conditions réelles. Des mesures météorologiques et de concentration de particules seront effectuées à plusieurs hauteurs dans et au-dessus de la canopée pour couvrir le continuum d’échelles et caractériser les échanges turbulents dans la sous-couche rugueuse. Pour isoler l'influence des arbres de celle de la canopée bâtie, les mesures effectuées en hiver et en été seront comparées pour les mêmes conditions de stabilité thermique, en supposant que l'impact des arbres (sans feuille) est négligeable en hiver.

Simulations multi-échelles dans des conditions atmosphériques réalistes sur la ville de Nantes - Le modèle multi-échelles sera appliqué à Nantes, en se concentrant sur le site expérimental en vue de comparer les mesures et les simulations pour diverses conditions atmosphériques et états saisonniers des arbres. Les informations fournies par la modélisation 3D multi-échelles permettront aussi d'approfondir la compréhension et l'analyse des différents processus qui régissent le microclimat urbain, la ventilation intra-canopée et les concentrations de particules.

Scénarios d'introduction d'arbres en ville et recommandations - Afin de fournir des orientations générales sur les meilleures stratégies d'introduction d'arbres en ville, plusieurs simulations multi-échelles seront réalisées sur Nantes pour différentes conditions de stabilité thermique et avec différents scénarios d'introduction d'arbres, incluant des changements locaux et dans les quartiers environnants. Un exercice de comparaison entre les simulations multi-échelles et un modèle opérationnel de qualité de l’air (QA) à l'échelle du quartier est prévu pour évaluer les conséquences des approximations faites dans ces modèles QA sur la stabilité thermique et la représentation des arbres.

L’introduction des arbres en ville est souvent préconisée pour réguler l’îlot de chaleur urbain et améliorer le confort thermique et la qualité de l’air, dans un contexte de réchauffement climatique. Cependant, dans certaines configurations, les arbres peuvent limiter la ventilation des rues-quartiers, empêchant la dispersion des polluants émis dans les rues et altérant le confort thermique. Ces incertitudes sur les bénéfices des arbres en ville sur le microclimat et la dispersion de polluants méritent d’être clarifiées pour proposer des stratégies de végétalisation urbaine pertinentes. L’un des verrous concerne la prise en compte de l’influence multi-échelle des arbres sur les échanges turbulents de masse et d’énergie dans et au sommet de la canopée urbaine. L’originalité du projet CITRY est d’évaluer conjointement l’impact des arbres sur le microclimat urbain et sur la dispersion de polluants particulaires submicroniques à plusieurs dizaines de microns, en prenant en compte (1) le caractère multi-échelles des processus à l’origine de la ventilation dans la rue, depuis l’écoulement turbulent local jusqu’aux échanges avec la couche limite atmosphérique, et (2) les modifications induites par les arbres sur la turbulence d’origine mécanique et thermique et la stratification thermique atmosphérique. Pour cela, le projet s’appuie (1) sur le développement, l’évaluation et l’utilisation, en configurations réelles et au travers de scénarios de végétalisation, d’une approche innovante de simulation multi-échelle (de l’échelle de la ville à celle de la rue) et instationnaire (représentation explicite des mouvements turbulents) de l’atmosphère urbaine en présence d’arbres et de la dispersion de particules de différentes tailles, et (2) sur la réalisation d’une campagne expérimentale dans la ville de Nantes dédiée à la caractérisation de l’influence des arbres sur les échanges turbulents de quantité de mouvement, chaleur, humidité et particules, dans différentes conditions atmosphériques et le long du continuum rue – canopée urbaine – ville – couche limite atmosphérique. La finalité du projet est de proposer des stratégies d’introduction des arbres en ville permettant d’améliorer à la fois le microclimat urbain et la qualité de l’air.