4.Climat et ville, la place de l’écologie

Les enjeux du changement climatique replacent l’écologie au coeur de l’espace urbain. Les villes méditerranéennes abritent une riche et fragile biodiversité qui subit de fortes contraintes : urbanisation galopante, pollution de l’air, inondations, etc. La hausse de la température de l’air, le caractère minéral (photo 11) et la structure des villes, les aménagements, etc. renforcent les ICU. Les espaces naturels peuvent limiter les effets du changement climatique et rendre de précieux services. La ville de demain passera par de nouvelles pratiques de gestion multi-échelles.

Photo 11. Le caractère minéral de la ville (Marseille)

4.1. La nature en ville

La ville n’est appréhendée d’un point de vue écologique que depuis à peine deux décennies. Les diverses études scientifiques montrent qu’elle présente une biodiversité composite résultant de processus et de perturbations hétérogènes (climat, aménagement, pratiques de gestion, modes d’occupation et d’utilisation des sols actuels et passés, etc.). La nature en ville est soumise à une succession de changements plus ou moins brutaux sur le temps court et le temps long. La succession de ces changements s’accompagne en effet d’une dynamique continue qu’il s’agit de mesurer par des suivis (observatoires), de renseigner par des approches historiques (paysages passés, images diachroniques, collections, mémoires des activités sociales, etc.) et enfin de modéliser. Les processus observés dans le temps long (climat) questionnent alors les processus du temps court (gestion des espaces à caractère de nature, formes urbaines, bâti, fermetures et inaccessibilités, etc.).

Par ailleurs, la connaissance du fonctionnement de la biodiversité en milieu urbain nécessite des approches

spatiales à échelles fines (quartiers, rues, espaces à caractère de nature, etc.). Ces processus sont analysés au regard des formes d’urbanisation résultant de l’histoire d’occupation des sols, de l’aménagement urbain et des pratiques de gestion des espaces publics et privés, en portant l’attention aux espaces urbains et périurbains, et aux zones rurales qui s’urbanisent sous la même impulsion.

En modifiant de nombreux facteurs abiotiques et biotiques, l’urbanisation modifie la distribution des espèces en lien avec la connectivité des paysages urbains, les possibilités d’adaptation et de mobilité des espèces, ainsi que des flux de gènes. En effet, les organismes vivants sont soumis à de nombreuses perturbations anthropiques d’origines très diverses : pollution de l’air, fragmentation des habitats, piétinement, introduction d’espèces exotiques, nourrissage, etc. qui vont agir comme un filtre en sélectionnant les organismes (à travers leur arrivée, leur installation, leur développement et leur maintien) et en créant des communautés composites et originales.

Photo 12. Le bord du Rhône à proximité immédiate de l’hypercentre d’Avignon (illustration)

L’introduction de nombreuses espèces, les disparitions ou les proliférations, voire les invasions, en fonction du contexte d’urbanisation, conduit souvent à une homogénéisation de la biodiversité aussi bien au niveau spécifique que fonctionnelle. En effet, elle se traduit par le remplacement d’espèces natives régionales par des espèces allochtones ou généralistes, parfois invasives. À l’échelle de l’espèce et à l’échelle fonctionnelle (traits d’histoire de vie), l’homogénéisation biotique a des conséquences écologiques et évolutives irréversibles lorsque les patrons de similarité dans l’espace et dans le temps sont modifiés. Par exemple : remplacement des espèces autochtones par des hybrides intra ou interspécifiques, synchronisation biologique des réponses individuelles dans les communautés augmentant la vulnérabilité de ces communautés et ,d’une manière générale, diminution de la variabilité entre les communautés compromettant leur réponse aux perturbations, du potentiel des écosystèmes à résister aux invasions, de la capacité à s’adapter, etc.

En région méditerranéenne, le milieu naturel apparaît aujourd’hui relativement préservé des invasions biologiques du fait de l’absence de niches écologiques vacantes. Le changement climatique en cours peut s’avérer incompatible avec le maintien de certaines espèces qui laisseront alors des espaces et des ressources disponibles pour des espèces moins exigeantes. Cela soulève ainsi la question du potentiel invasif de certaines espèces exotiques en milieu naturel à proximité de la ville, lieu d’introduction privilégié de ces espèces.

Par ailleurs, l’urbanisation, en induisant des changements climatiques et microclimatiques (ICU, par exemple), peut avoir un impact sur la phénologie des végétaux avec pour conséquence un allongement de la disponibilité des ressources favorables aux cycles de développement des espèces (pollinisation, fructification, ressources alimentaires, etc.). Les études phénologiques à des échelles fines sont toutefois rares. Au niveau des populations, un décalage phénologique selon le gradient d’urbanisation peut conduire à un isolement reproductif et donc à une perte de connectivité due à une discontinuité temporelle. Il a également été montré que la production de biomasse végétative aérienne peut être altérée par le degré d’urbanisation et notamment par les altérations des concentrations en CO2 et des températures.

La zone méditerranéenne a été identifiée comme l’un des “hot spots” mondiaux, en matière de biodiversité et en termes d’impacts du changement climatique. La région PACA est un territoire avec une pression d’urbanisation forte et une vulnérabilité croissante face aux changements climatiques. Ces enjeux s’observent particulièrement dans les métropoles littorales (Marseille, Nice, Toulon) qui concentrent plus de la moitié de la

population régionale. Ainsi, la ville de Marseille et son aire urbaine se hissent au troisième rang en France pour le nombre d’habitants (1,7 million), mais se caractérisent par une richesse naturelle exceptionnelle faisant l’objet de multiples mesures de protection à différentes échelles, de la parcelle en coeur d’îlot jusqu’au récent Parc national des Calanques (photo 13), premier parc national périurbain d’Europe. Les structures urbaines complexes, l’étalement important avec extension du bâti sur les contreforts des massifs naturels (sans zones agricoles tampons) placent ce territoire urbanisé dans une problématique d’urbanisation accrue des zones littorales, caractéristiques de la région PACA. Par exemple, dans la métropole d’Aix-Marseille Provence, entre 1988 et 2006, l’urbanisation a consommé 900 ha par an d’espaces agricoles et 360 ha par an d’espaces naturels. Milieux naturels, espèces végétales ou animales protégées coexistent ainsi, de manière assez atypique, au sein d’espaces urbanisés affectés par de fortes pollutions de l’air et des sols, avec une densification et un étalement de l’habitat, des pôles et friches industrielles depuis longtemps présents et des infrastructures de transports conséquentes.

Photo 13. Port de Sormiou (Parc national des Calanques)

Sous l’influence actuelle de cette densification importante des espaces urbains et de la convergence des effets de l’urbanisation et du réchauffement climatique, la biodiversité intra-urbaine est au centre des réflexions menées sur la ville durable en termes de qualité environnementale et de services écosystémiques associés (limitation de la pollution, aménités vertes, etc.). Les nouvelles politiques environnementales lancées ces dernières années en France sous l’impulsion du Grenelle de l’environnement amènent à reconsidérer la place de la nature en ville. La gestion écologique des espaces verts vise à redonner à la faune et à la flore des habitats de qualité, et entraîne le développement accru de la biodiversité ordinaire (espèces communes) dans les espaces publics, alors que la végétalisation des toits et des façades (photo 14) offre des opportunités pour créer de nouveaux écosystèmes (bâtiments à biodiversité positive) et services écosystémiques. Ces changements de cadre de vie ont des conséquences sur la perception qu’ont les citadins de la nature en ville. Les espaces de nature ordinaire apparaissent dépréciés et difficilement valorisables, tandis que ceux aménagés et gérés, où domine une flore ornementale introduite, sont habituellement considérés comme l’un des paramètres essentiels de la qualité environnementale perçue positivement par les habitants.

Photo 14. Mur végétalisé, Aix-en-Provence

Suite au Millenium Ecosystem Assessment (2005), les approches de la nature en ville intègrent, de plus en plus, une évaluation fonctionnelle des services écosystémiques rendus par les espaces à caractère de nature. L’augmentation des températures en période estivale accentue l’effet d’ICU lié à une forte proportion de surfaces artificialisées et une faible présence de végétaux. L’arbre, régulant significativement le climat urbain, est placé au coeur des approches bioclimatiques. Par exemple, l’implantation d’arbres de rues peut favoriser le climat local par des effets d’ombrage et lutter contre les pollutions atmosphériques (production d’oxygène, fixation des particules aériennes sur les feuilles). Les alignements d’arbres limitent toutefois la ventilation des rues et altèrent la qualité de l’air. Le lien entre services et adaptation des villes au réchauffement climatique par des plantations ciblées n’a encore pas fait l’objet d’études approfondies.

ZOOM 5. Partir plus loin ou rester plus longtemps : ce que nous disent les oiseaux

Les changements climatiques ont entraîné une modification des stratégies migratoires chez les oiseaux. Les destinations de migration remontent en latitude, vers le nord et le nord-ouest, comme en altitude. Certaines espèces migrent ainsi plus loin, alors que d’autres restent plus longtemps sur leur site de nidification, et parfois ne migrent plus du tout. Par exemple, une sédentarisation est observée chez le pouillot véloce ou la fauvette à tête noire. Désormais, la route migratoire de cette dernière traverse la Grande-Bretagne, où la fauvette trouve une ressource alimentaire abondante dans les mangeoires mises à disposition par les citadins. Plutôt que de se diriger vers l’Afrique du Nord ou l’Europe du Sud, nombreux sont les individus à hiverner en Grande-Bretagne.

Le même phénomène de sédentarisation urbaine s’observe chez les étourneaux sansonnets. Depuis

quelques décennies, le nombre d’individus migrant vers le sud de l’Europe ou vers le Maghreb ne cesse de diminuer. Les individus se « réfugient » en centre-ville pour y nicher, car la présence d’îlots de chaleur et une densité urbaine élevée leur permettent de réduire la mortalité de leurs poussins et de les protéger des prédateurs. Pourtant, ce phénomène n’est pas sans conséquence sur l’avifaune présente : les étourneaux occupent des cavités d’arbres (ressource limitée en ville) au détriment d’autres espèces. Ainsi, le rouge queue à front blanc, de retour de sa migration transsaharienne début avril, a plus de mal à trouver
une cavité où s’installer.

Cette sélection d’espèces capables de modifier leur comportement sera la cause, sur le long terme, d’un bouleversement profond des communautés d’oiseaux en ville.

4.2. Climat, urbanisme et construction, le rôle de la végétalisation

L’ICU se traduit par des températures plus élevées en ville qu’en périphérie, principalement pendant la nuit et en été. Les raisons sont :

  • un albédo moyen plus faible des surfaces urbaines, entraînant une plus forte absorption solaire pendant la journée ;
  • la ségrégation environnementale et spatiale : inégalité d’accès aux services, habitat, gentrification, etc. ;
  • le stockage de la chaleur dans un sol effusif et sa restitution nocturne ;
  • une diminution de la vitesse de l’air due à la rugosité, réduisant le refroidissement par convection ;
  • une raréfaction des surfaces humides, diminuant les possibilités de refroidissement par évaporation ;
  • un effet de serre accru, réduisant le refroidissement par rayonnement thermique (notamment la nuit) ;
  • un dégagement de chaleur dû à la consommation d’énergie (chaleur anthropogénique).

Sur la base de cette liste, il est possible d’attribuer en grande partie l’effet d’ICU au cycle thermique ayant le rayonnement solaire comme moteur (le reste est dû à la chaleur anthropogénique résultant des dépenses d’énergie, intenses en ville).

En somme, le rayonnement solaire est absorbé par les multi-surfaces de la ville (selon albédo). La chaleur, qui résulte de cette absorption, est stockée par les matériaux en général effusifs (asphalte, béton, pierre), puis est restituée la nuit. Le phénomène est aggravé par le fait que les moyens de refroidissement, à savoir les échanges par la ventilation et les échanges de chaleur latente liés à l’évaporation de l’eau, sont amoindris ou inexistants en ville. La réponse globale à mettre en oeuvre consisterait donc à « ombrer » ces surfaces urbaines sans altérer leur capacité de refroidissement nocturne par rayonnement et à restaurer un minimum le cycle de l’eau.

Quel est l’élément qui par sa seule présence peut assurer à la fois de l’ombre et un rafraîchissement par évaporation ? Il n’y en a qu’un : c’est le végétal. Il projette une ombre en fonction de la forme et la densité de son feuillage (indice de surface foliaire) et compense largement l’énergie solaire interceptée grâce au processus d’évapotranspiration. La température d’un feuillage suit de près celle de l’air et ne s’échauffe donc pas au soleil.

Une question d’échelle

Échelle de la ville

Si l’objectif est l’ICU lui-même, à l’échelle de la ville, la végétalisation devra être elle aussi envisagée à cette échelle. Cela revient à quasiment offrir une deuxième peau à la ville vue du ciel. Rappelons que ce sont les surfaces horizontales qui reçoivent le plus d’énergie du soleil en été. Mais les surfaces verticales sont également exposées, notamment celles qui sont orientées vers l’ouest. La solution serait d’imaginer une superstructure (on parle de « canopée ») couvrant le sol et certains bâtiments bas, à une certaine hauteur au-dessus de la ville (à hauteur de bâti, par exemple), et capable d’accueillir des végétaux grimpants. Une telle solution mise en oeuvre sur l’ensemble de la ville bouleverserait le paysage urbain.

Photo 15. Quartier de la Joliette, Marseille

Échelle du quartier

Mais l’échelle peut aussi être celle du quartier : la présence d’un parc urbain au milieu de la ville dense aurait un impact intéressant sur son voisinage immédiat (l’effet de rafraîchissement moyen n’est pas très étendu et la morphologie du bâti, plus ou moins ouverte sur le parc, a une influence sur cette extension). Dans les parcs, les arbres et les pelouses humides sont en concurrence pour limiter les températures (Figure 19).

Échelle de la rue

C’est à l’échelle de la rue (photo 15) que la circulation et nos déplacements se font. À ce niveau, l’ombre et un contrôle climatique seront appréciés si le déplacement s’effectue à l’aide de moyens doux (à pied, vélo, roller, trottinette). L’arbre d’alignement constitue la meilleure solution lorsqu’il est de taille suffisante, car il protège à la fois le sol et les façades des bâtiments. Des plantations en pots entreposés par les riverains dans les rues étroites ont un effet microclimatique plus limité.

Échelle du bâtiment

Enfin, l’échelle du bâtiment habité ou pratiqué : ici l’impact ne concernera que les habitants du lieu en offrant des espaces verts suspendus (en terrasses ou en balcons) où pourraient par exemple se développer des jardins potagers. C’est déjà en soi une belle satisfaction. Un exemple est fourni par l’immeuble « 25 Verde » construit à Turin par l’architecte Luciano Pia. À Milan, Stefano Boeri a construit des tours avec des balcons arborés.

En France, il existe les réalisations d’Édouard François. À cette échelle aussi, on peut localiser les coeurs d’îlot qui, une fois végétalisés, se comportent comme des mini-parcs dont l’influence affecte les logements qui s’ouvrent sur eux. Ce principe est utilisé dans le projet de « parc habité » d’Euroméditerranée. De son côté, Jean Nouvel va construire des bâtiments couverts de végétaux avec un coeur d’îlot vert dans le quartier Saint-Just à Marseille (Figure 20).

Figure 20. Projet de logements de Jean Nouvel dans le quartier Saint-Just à Marseille : cœur d’îlot, terrasses et façades abondamment végétalisées

Les problèmes induits

Cette généralisation du végétal à toutes les échelles va poser des problèmes à traiter. L’entretien de ces végétaux en est un : qui en aura la charge ?

Dans cet entretien, le problème principal est la quantité d’eau à investir. Le phénomène d’évapotranspiration ne fonctionne pour le refroidissement que si les végétaux ont de l’eau à évaporer. L’utilisation de végétaux très peu gourmands en eau ne convient pas du tout, car ceux-ci donnent lieu à une faible évapotranspiration : ces végétaux sont seulement résistants au stress hydrique de l’été. Ainsi, des réseaux d’eau devront être installés sur les superstructures pour assurer des arrosages ou des brumisations automatiques.

Partant de l’hypothèse que l’évapotranspiration des arbres et des végétaux peut contribuer à baisser la température au sein des ICU en période estivale, le Grand Lyon a lancé une expérimentation pour disposer de mesures fiables afin de confirmer ce postulat et étudier quelles sont les conditions à réunir pour optimiser cet effet climatique. Cette expérimentation vise à apporter autant de ressources en eau que nécessaires à des arbres en période de forte chaleur doublée de sécheresse, espérant ainsi déclencher le phénomène d’évapotranspiration qui est naturellement stoppé lorsque l’arbre manque d’eau.

Pour améliorer la performance de rafraîchissement des végétaux à l’échelle de la rue, il est possible de faire appel à la brumisation des végétaux sur treille, comme cela a été fait à Séville en 1992. La brumisation des végétaux crée une couche d’air refroidi au-dessus de la tête des piétons sans qu’il y ait de mouillure directe. Dans ce cas, il s’agit plus d’évaporation que d’évapotranspiration.

Ainsi, la végétalisation des villes, à travers le développement, le renforcement et la valorisation des infrastructures vertes et bleues (parcs publics, coulées vertes, etc.) et de leurs services multifonctionnels, serait une réponse aux changements climatiques et permettrait la résilience des espaces urbains en diminuant leur vulnérabilité et en augmentant leurs capacités d’adaptation. De plus en plus d’initiatives émergent dans ce sens, notamment en termes de planification urbaine et de projets d’aménagement. Parallèlement à cette gestion des espaces publics, le tissu urbain est composé d’une part importante d’espaces privatifs (jardins privatifs, jardins ouvriers, etc.) dont la végétalisation (selon choix des espèces et aménagement) est fortement influencée par les conditions microclimatiques du lieu. Dans un contexte de changement climatique, les pratiques de jardinage auront tendance à évoluer vers une sélectivité des espèces et une réorganisation de l’espace (plus d’ombrage, espèces acclimatées).

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