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L’îlot de chaleur urbain (ICU), qui caractérise le différentiel de température entre un environnement urbain et le milieu rural environnant, est un phénomène météorologique à fort enjeu. Plus de la moitié de la population mondiale vit en ville où elle cohabite avec une biodiversité particulièrement vulnérable. En contexte de changement climatique, les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes, leur durée et leur intensité augmentent. La hausse des températures due au milieu urbain s’ajoute à l’élévation de la température globale et accroît la vulnérabilité des citadins au stress thermique. L’observation de la température de l’air est essentielle pour faire avancer la recherche sur l’ICU, améliorer les prévisions numériques du temps en milieu urbain et éclairer les acteurs de l’aménagement qui souhaitent déployer des dispositifs d’atténuation. Or l’installation de réseaux de mesure urbains denses est coûteuse et la plupart des villes n’ont pas accès à l’observation fine échelle sur leur territoire. L’objectif de cette thèse est de montrer l’apport de données opportunes issues de stations météorologiques amateurs et de véhicules connectés, omniprésents en ville. Une méthodologie statistique qui fusionne ces mesures opportunes permet de produire une analyse fine échelle de l’ICU. En s’appuyant sur les réseaux professionnels des villes laboratoires de Dijon et Rennes, nous avons analysé chacune des deux sources de données pour mieux comprendre les causes des erreurs de mesure. Même si les observations opportunes sont particulièrement sujettes aux erreurs, des traitements proposés dans cette thèse permettent de les nettoyer efficacement afin d’en tirer un signal de qualité. Un modèle bayésien hiérarchique inféré avec l’approche INLA-SPDE est ensuite développé pour spatialiser les mesures opportunes et ainsi obtenir des cartes de l’ICU à pas de temps horaire et résolution hectométrique. Les cartographies obtenues sur Dijon sont cohérentes avec le réseau de référence et la racine de l’erreur quadratique moyenne est inférieure à 1°C. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles perspectives en terme de recherche, par exemple pour l’évaluation de simulations des modèles de ville, mais aussi pour la constitution d’observations spatialisées utilisables en post-traitement des sorties de la prévision numérique du temps. Les cartographies permettront aussi d’éclairer les acteurs de l’aménagement urbain au regard de la problématique de l’ICU.