Apport De La Géomatique Pour L’analyse De La Géométrie .
Certificat complémentaire en GéomatiqueApport de la géomatique pour l’analyse de lagéométrie urbaine comme outild’aménagement du territoireParSusan HonjoSous la direction de :Professeur Claudine MétralProfesseur Alain DuboisAoût / 2011
Je dédie ce travail à ma chère mère qui a toujours illuminé mon chemin.2
RÉSUMÉCette recherche vise à étudier l’utilisation du Système d’information Géographique (SIG)pour l’analyse de la géométrie urbaine comme outil d’aménagement du territoire.L’analyse de la géométrie urbaine est un facteur déterminant de la distribution de latempérature. C’est donc un indicateur de confort thermique et de formation des îlots dechaleur urbains. L’outil 3Dskyview utilisé permet de simuler la géométrie urbaine par lareprésentation du facteur de vue du ciel (sky view factor) et de calculer sa valeur. Lefacteur de vue du ciel illustre la relation entre la surface visible du ciel et la surfacecouverte par les structures urbaines. L’étude englobe aussi une recherche sur le terrain.Au travers d’images satellites, on a sélectionné deux régions de la ville de São Paulo(Brésil) avec différents processus d’urbanisation et des caractéristiques morphologiquesdistinctes. On a comparé les conditions microclimatiques et les facteurs de vue du cieldes quartiers de Jardim Paulista, localisé dans une des régions les plus hautes de la ville,avec un profil commercial/résidentiel, une haute densité démographique et unearborisation significative ; et Belém, ancienne région industrielle/résidentielle qui a unedensité démographique plus basse et peu d’arborisation urbaine. Les donnéesmicroclimatiques ont été obtenues à travers des mesures simultanées aux deux sites aumois de février 2011 pendant 2 jours. L’analyse des variables microclimatiques et dufacteur de vue du ciel aide à expliquer la divergence entre les ambiances thermiques dechaque région. Le point de mesurage au Jardim Paulista a présenté des valeurs detempérature de l’air et un facteur de vue du ciel plus bas que le point à Belém, dûsprincipalement à la morphologie urbaine, l’ombrage des bâtiments et l’arborisation. Ona observé beaucoup d’avantages dans la simulation du facteur de vue du ciel par l’outil3Dskyview : fiabilité, flexibilité et capacité à prévoir le facteur de vue du ciel dans lesfuturs scénarios des projets d’aménagement du territoire sans l’utilisation de méthodescoûteuses et chronophages. L’utilisation d’un tel outil permettrait de meilleures prises dedécisions pour atténuer le phénomène d’îlot de chaleur et ses conséquences.Mots- clés :, Système d’information Géographique (SIG), îlot de chaleur,urbaine, 3Dskyview, facteur de vue du ciel, climatologie urbaine.géométrie3
REMERCIEMENTSJe tiens à témoigner ma reconnaissance à La Confédération Suisse et à la FondationErnst et Lucie Schmidheiny pour la concession de bourse d’étude qui m’a permis deconclure mes études en Suisse.Je tiens à remercier mon directeur de mémoire Professeur Claudine Métral etProfesseur Alain Dubois pour leur conseils qui m’ont permis d’accomplir cetterecherche.Je tiens également à remercier l’Université de Technologie Fédérale du Paraná(Brésil) ainsi que Flávia Minella pour l’appui de recherche et le fournissement deséquipements pour la récolte des données micro-climatiques à São Paulo (Brésil).Je souhaite remercier le Secrétariat municipal de développement urbain et leDépartement de statistique et production d’information de la ville de São Paulo pourles données cadastrales numériques.Je tiens à remercier Professeur Léa Cristina Lucas de Souza pour avoir fourni leprogramme 3DSkyview et son appui à sa maîtrise.Je souhaite remercier également mon cher mari Fabian, pour son énormecompréhension pour des heures passées devant l’ordinateur et son soutien; etégalement mon cher père pour son aide fondamentale dans la récolte desdonnées, appui et motivation malgré la distance qui nous sépare.4
TABLE DES MATIÈRESINTRODUCTION . 11CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE . 131.1. CLIMATOLOGIE URBAINE. 131.2. ECHELLES D'ÉTUDES . 141.3. ILÔT DE CHALEUR URBAIN . 161.4. VARIABLES DU PHÉNOMÈNE DE L'ILÔT DE CHALEUR. 181.4.1. Facteur de vue du ciel. 201.4.2. Méthodes d'obtention du facteur de vue du ciel. 20CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE . 252.1. ETUDE DE CAS: LA VILLE DE SÃO PAULO, BRESIL . 252.1.1. Planification de la ville de São Paulo. 252.1.2. Choix des quartiers d'étude . 282.2. MONITORAGE IN LOCO . 342.3. PROCESSUS D'ANALYSE . 352.3.1. 3D Sky View. 352.3.2. Simulation avec 3D SkyView . 362.3.3. Elaboration et analyse de la maquette virtuelle 3D . 38CHAPITRE 3 RÉSULTATS. 393.1. MONITORAGE IN LOCO . 393.2. 3D SKY VIEW ET MAQUETTE 3D . 42CHAPITRE 4 DISCUSSION . 49CONCLUSION ET PERSPECTIVES FUTURES . 51RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES . 535
LISTE DE FIGURESFigure 1 - Représentation schématique de la couche limite urbaine . 15Figure 2 - Génération de l'îlot de chaleur urbain . 18Figure 3 - Relation empirique entre la géométrie du canyon urbain et l'intensitémaximale de l'îlot de chaleur . 19Figure 4 - Facteurs de vue du ciel de différents sites à Hong Kong (Chine) . 21Figure 5 - Comparaison entre les valeurs du facteur de vue du ciel fait sur terrain etsimulé par le programme 3D Skyview. 22Figure 6 - Vue du centre ville de São Paulo .25Figure 7 - Evolution de l'urbanisation de São Paulo . 27Figure 8 - Carte de température de surface - Satellite Landsat 5TM . 28Figure 9 - Carte topographique et localisation des régions d'étude. 29Figure 10 - Carte d'utilisation du sol - Jardim Paulista . 30Figure 11 - Carte d'utilisation du sol dans la région d'étude - Jardim Paulista. 30Figure 12 - Carte de hauteur de bâtiments dans la région d'étude . 31Figure 13 - Photo de la rue du point de monitorage - Jardim Paulista . 31Figure 14 - Carte d'utilisation du sol - Belém. 32Figure 15 - Carte d'utilisation du sol dans la région d'étude - Belém . 32Figure 16 - Carte de hauteur de bâtiments dans la région d'étude- Belém. 33Figure 17 - Photo de la rue du point de monitorage - Belém . 33Figure 18 - Station Météorologique - Jardim Paulista . 34Figure 19 - Projection Stéréographique d'un canyon urbain . 35Figure 20 - Stereonet ( Maille stéréographique) d'un plan équatorial. 35Figure 21 - Exemple de "shapefile" . 36Figure 22 - Interface de l'extension 3D Skyview. 37Figure 23 -Exemple de projection stéréographique réalisé à partir des données2D et la scène 3D (fisheye) . 37Figure 24 - Interface d'outil "Extrude". 38Figure 25 - Facteur de vue du ciel dans les points de monitorage . 42Figure 26 - Maquette simplifiée de la topographie de la ville de São Paulo . 42Figure 27 - Perspective du quartier Belém. 43Figure 28 - Perspective du quartier Jardim Paulista . 43Figure 29 - Perspective de la région d'étude du quartier Belém avec les pointsd'observation. 44Figure 30 - Projection Stéréographique et trajectoire solaire du point d'observation1 Belém. 44Figure 31 - Facteur de vue du ciel (FVC) du point d'observation 1 Belém . 44Figure 32 - Projection Stéréographique des points d'observation de la régiond'étude Belém et les valeurs respectives du facteur de vue du ciel . 45Figure 33 - Perspective de la région d'étude du quartier Jardim Paulista avec lespoints d'observation . 46Figure 34 - Projection Stéréographique du point d'observation 1 Jardim Paulista . 46Figure 35 - Facteur de vue du ciel (FVC) du point d'observation 1 - J.P. . 46Figure 36 - Projection Stéréographique des points d'observation de la régiond'étude Jardim Paulista et les valeurs respectives du facteur de vue du ciel . 47Figure 37 - Exemple de projection equidistant et projection stéréographique parrapport au trajectoire solaire . 49Figure 38 -Perspective de la simulation des nouveaux bâtiments dans la régiond'étude Belém . 50Figure 39 -Facteur de vue du ciel pour la nouvelle configuration dans la régiond'étude Belém. 506
LISTE DES GRAPHIQUESGraphique 1 - Variation de température en chaque point de monitoragependant la journée du 23 février 2011. 39Graphique 2 – Comparaisons entre l’îlot de chaleur diurne et les valeurs moyennesde température de l’air (T) récoltées sur place . 40Graphique 3 – Comparaison des valeurs moyennes de radiation solaire incidence(I) récolté sur place et les différences de ceux-ci en relation à la station deréférence . 40Graphique 4 – Comparaison des valeurs moyennes d’humidité relative (UR)récolté sur place et les différences de ceux-ci en relation à la station de référence. 40Graphique 5 – Comparaison entre l’îlot de chaleur diurne et les valeurs moyennesde vitesse du vent récoltées sur place . 41Graphique 6 – Comparaison entre les valeurs de température de surface (Ts) . .41LISTE DE TABLEAUXTableau 1 - Données des quartiers Jardim Paulista et Belém. 297
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMESCADComputer Aided DesignESRIEnvironmental Systems Research InstituteFVCFacteur de vue du cielSky view factor ( SVF)ICUIlôt de Chaleur UrbainUrban Heat Island (UHI)ICUSÎlot de Chaleur Urbain de SurfaceSurface Heat Island (SHI)ICUCÎlot de Chaleur Urbain de la CanopéeCanopy Layer Heat Island (CLHI)ICULÎlot de Chaleur Urbain de la couche LimiteBoundary Layer Heat Island (BLHI)INMETInstitut National de Météorologie (Brésil)ISOInternational Organization for StandardizationPETTempérature Equivalente PhysiologiquePhysiological Equivalent TemperatureSIGSystème d’Information Géographique8
LISTE DES SYMBOLES ET UNITÉS DE MESUREºCdegré Celsius (unité de température)IRadiation solaire incidentejjour (unité de temps)hheures (unité de temps)hahectarekm²kilomètre carré ( 1 000 000 m²)mmètrem²mètre carrépoppopulationsseconde (unité de temps)TTempérature de l’airTrmTempérature Rayonnante MoyenneURHumidité Relative de l’airvvitesse du ventW/ m²watts par mètre carré Tu-rintensité d’îlot de chaleur9
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INTRODUCTIONCe travail de recherche vise à aborder l’utilisation d’un Système d’informationGéographique (SIG)1 pour l’analyse de la géométrie urbaine comme outil d’aménagementdu territoire. L’analyse de la géométrie urbaine est un facteur déterminant de la distributionde la température. C’est donc un indicateur de confort thermique et de la formation des îlotsde chaleur urbains.Selon Colombert (2008), plusieurs facteurs entrent dans la formation du climaturbain : des facteurs naturels (les conditions anticycloniques, la saison, les conditionsmétéorologiques de la journée, la vitesse du vent, la couverture nuageuse, etc.) et desfacteurs urbains, qui comprennent à la fois la couche superficielle du sol (présence plus oumoins importante de surfaces végétales ou d’eau), les activités humaines (rejets de chaleuranthropique et de polluants), et la structure urbaine (morphologie du cadre bâti, matériauxde construction).Les recherches concernant la diminution du phénomène de l’îlot de chaleur urbainpermettent de comparer l’influence des différents facteurs urbains en tenant compte de lapossibilité de mettre en œuvre ces différentes modifications. Les premiers travaux sur l’îlot dechaleur ont été réalisés àl’échelle de toute une agglomération, mais ensuite lesclimatologues se sont progressivement intéressés à d’autres paramètres climatiques à pluspetite échelle, mettant ainsi en valeur l’importance de la géométrie urbaine et despropriétés physiques des matériaux de construction.L’utilisation des SIG dans le domaine des îlots de chaleur urbains (ICU) estrelativement récente. Des études menées entre 2005 et 2007 ont prouvé que la géomatiquepouvait être appliquée avec succès à l’étude des ICU pour mettre en évidence cephénomène et la variabilité de son intensité. A partir des paramètres connus qui influent surl’ICU, comme la géométrie urbaine, des données sont intégrées à un SIG afin de bâtir unmodèle cartographique. Le modèle créé permet de visualiser les zones à risque, de détecterde nouvelles zones apparentes et de planifier où concentrer des projets de verdissement (depetite ou grande envergure). La qualité et la clarté des différents scénarios possibles produitsà l’aide du SIG contribuent également à une meilleure analyse et une meilleurecompréhension de ces enjeux afin de prendre des mesures d’adaptation du milieu urbain.PROBLÉMATIQUELa morphologie urbaine transforme le climat local en provoquant l’augmentationdes écarts de température dans les villes. L’analyse du comportement thermique del’environnement urbain permet de mieux aménager et de minimiser l’impact del’augmentation de température dans les villes. Dans ce travail, nous utiliserons l’outil 3Dskyview du Système d’Information Géographique qui permet de simuler la géométrie urbainepar la représentation du facteur de vue du ciel (sky view factor - SVF) et de calculer savaleur. Le facteur de vue du ciel indique la relation entre la zone visible du ciel et la régioncouverte par des structures urbaines. L’implantation de cet outil dans une extension 3D duSIG est utile non seulement car il permet une analyse de la géométrie urbaine de manièrerapide et directe à partir des différents points d’observation, mais aussi car il peut aider àprévoir le facteur de vue du ciel dû à des futurs bâtiments sans le coût usuel associé auxcaméras et aux manipulations des images. Ce travail vise à explorer la potentialité des SIGdans ses outils tri-dimensionnels qui pourraient être utilisés pour analyser et prévoir lagéométrie urbaine et son analyse thermique.1Les Systèmes d’Information Géographique (SIG) offrent diverses possibilités des bases de données autravers d’une visualisation et d’analyse géographique propres aux cartes. Ils sont utilisés par un grand nombred’applications comme dans les enjeux majeurs de l’environnement, démographie, santé publique, etc. et ils ont tousun lien étroit avec la géographie. De nombreux autres domaines tels que la recherche et le développement denouveaux marchés, l’étude d’impact d’une construction, l’organisation du territoire, la gestion de réseaux, etc. sontaussi directement concernés par les SIG pour créer des cartes, pour intégrer tout type d’information, pour mieuxvisualiser les différents scénarios, pour mieux présenter les idées et pour mieux appréhender l’étendue des solutionspossibles.1 Source : www.esrifrance.fr, consulté le 31 mars 2010.11
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CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE1.1. Climatologie urbaineLa croissance urbaine accélérée de ces derniers siècles a provoqué unchangement significatif non seulement dans l’organisation de la superficie terrestre, maisaussi dans le milieu atmosphérique. Les altérations climatiques dues aux processus del’urbanisation peuvent avoir des effets au-delà des limites de l’agglomération urbaine,affectant les régions dans la proximité des activités humaines (BRYSON & ROSS,1970). SelonAssis (2000), les études de climatologie urbaine ont été de plus en plus utilisées pour orienterla conception de l’aménagement urbain local même à l’échelle du projet urbain. Lesprincipaux aspects considérés sont généralement liés à la pollution de l’air et au confortthermique humain.Olgyay(1998) relate que pour l’homme, contrôler l’environnement physique et créerles conditions favorables au développement des activités humaines ont toujours été desquestions liées à l’idée d’habiter. Selon Yoshino (1990), les premières études sur le climaturbain ou sur les conditions climatiques des villes datent d’avant Jésus Christ. Les civilisationsgrecques et romaines considéraient déjà les aspects climatiques pour établir leurs villes.Colombert (2008) mentionne que Vitruve ou Marcus Vitruvius Pollio (75-26 avantJésus Christ), architecte et ingénieur romain, a écrit sur les relations entre l’aménagement desvilles et les conditions climatiques. Postérieurement, Alberti a démontré comment lesproblèmes de salubrité des vil
Géographique (SIG)1 pour l’analyse de la géométrie urbaine comme outil d’aménagement du territoire. L’analyse de la géométrie urbaine est un facteur déterminant de la distribution de la température. C’est donc un indicateur de confort thermique et de la formation des îlots de chaleur urbains.
3 les langues et cultures de l’antiquitÉ 5 l’apport des langues et cultures de l’antiquitÉ au franÇais 6 l’apport des langues et cultures de l’antiquitÉ aux langues vivantes 8 l’apport des langues et cultures de l’antiquitÉ aux mathÉmatiques 10 l’apport des
le renforcement des capacités des RH. 2.3. L’apport des PTF une opportunité Le Sénégal, comme d’autres pays, bénéficie de l’apport de Partenaires Techniques et Financiers (PTF) qui axent leur intervention sur le renforcement de capacités des structures et des individus.
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