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In France, the integration of climate and energy issues in the spatial planning tools of local authorities is compulsory for cities with more than 20000 inhabitants. Through the example of Toulouse Metropole, the interdisciplinary work here presented make use of the available geographic and climatic data to perform spatial microclimatic diagnostics and its translation into recommendations to address thermal summer comfort. Analysis maps and strategic maps for daytime and night time are presented for thermal and aeraulic analysis taking advantage of available numerical simulations at 250x250 m, one year of duration and local weather type classifications. A three years long collaboration with the local authority and the urban agency allowed the co-construction of the cartographic protocol and the publication of an Atlas as well as a set of guidelines. Collaboration with a network of French cartographers allowed original propositions on graphic semiology as visual organization, the choice of urban and geographical information to be combined with the climatic information or a proposition of a new UTCI colorimetric spectrum. L'intégration des enjeux climatiques et énergétiques dans les outils de planification du territoire en France est obligatoire pour les villes de plus de 20 000 habitants. A travers l'exemple de Toulouse Métropole, les travaux interdisciplinaires ici présentés s'appuient sur les données géographiques et climatiques disponibles pour réaliser un diagnostic spatial microclimatique et sa traduction en recommandations pour aborder le confort thermique d'été. Des cartes d'analyse et des cartes stratégiques pour le jour et la nuit sont présentées pour l'analyse thermique et aéraulique en tirant parti des simulations numériques disponibles à 250x250 m d'une durée d'un an et d'une classification des types de temps locaux. Une collaboration de trois ans avec la collectivité et l'agence d'urbanisme a permis la co-construction du protocole cartographique et la publication d'un Atlas et d'un guide à destination des chefs de projet et promoteurs privés. La collaboration avec un réseau de cartographes français a permis des propositions originales sur la sémiologie graphique, sur l'organisation visuelle, le choix d'informations urbaines et géographiques à combiner avec les informations climatiques ou la proposition d'un nouveau spectre colorimétrique pour l'indicateur de stress thermique UTCI.

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.

International audience; La modélisation atmosphérique à très fine échelle permet d’analyser la dynamique de l’îlot dechaleur urbain en contexte de topographie complexe. Deux simulations (Urbaine et Non-Urbaine) mettenten évidence les effets associés à l'urbanisation. La taille des agglomérations, dans le cas de Lyon etGrenoble, n'influence pas la différence de température entre les deux simulations. Les conditions destabilité influencent fortement ces différences. L'ICU peut être intensifié par l'affaiblissement du vent oul’effet de piégeage et/ou le développement d’une couche d’inversion.

This paper presents the development of the methodology used to create an Urban Climatic Analytical Map (UC-AnMap) of Salvador, Brazil, based on its Land Use Patterns Map (MPO). Located in the Northeast Region of Brazil, Salvador is currently the fourth most populous city in the country, with nearly three million people. First, the MPO was used as a layer; then, an updated version of the MPO was used as a fundamental layer to derive thematic maps based on the distinct urban morphologies found in the city. MPOs are suggested here as a starting methodological procedure, a facilitative tool for the construction of an Urban Climatic Map. MPOs allow the variety of urban land use patterns to be captured and are based on universally available information, such as Google Earth images and tools, regardless of the existence of sophisticated and costly databases, which are not usually accessible in cities in developing countries. MPOs involve identifying and delimiting visually homogeneous land use areas in polygons at an adequate scale of 1:10,000. Similar areas are grouped under the same patterns, regardless of their urban functions, creating a classification system that characterizes different existing patterns by their distinct urban attributes. Salvador’s social and economic inequalities have produced ongoing unequal urban patterns, and institutional and structural factors have contributed to the absence of up-to-date digital urban databases. Given the local context, the Salvador UC-AnMap could not have been made without developing an MPO. Cet article présente le développement d’une méthodologie destinée à créer une carte analytique du climat urbain (UC-AnMap selon l’acronyme anglais) fondée sur un plan d’occupation des sols (MPO selon l’acronyme anglais) dans le cas de la ville de Salvador. Située dans la région nord-est du Brésil, Salvador est actuellement la quatrième ville la plus peuplée du pays avec près de trois millions d'habitants. La MPO était une juste une strate dans la première version, mais dans la version actualisée elle est devenue une strate fondamentale à partir de laquelle sont dérivées les cartes thématiques relatives aux diverses morphologies urbaines de la ville. Les MPOs sont proposées ici comme une base méthodologique de départ, un outil d'assistance à la construction de la carte climatique urbaine – UCMap (selon l’acronyme anglais). Elles permettent de capturer la variété des modes d’occupation des sols urbains et se basent sur des informations universellement disponibles telles que les images et les outils Google Earth, sans recourir à des bases de données sophistiquées et coûteuses auxquelles les villes des pays en développement n’ont généralement pas accès. Les MPOs consistent à identifier et à délimiter des zones d’occupation des sols de manière visuellement homogène par des polygones à l'échelle adéquate de 1:10.000. Les zones similaires sont regroupées sous le même modèle, indépendamment de leurs fonctions urbaines, créant ainsi un système de classification qui caractérise les différents modèles existants par leurs attributs urbanistiques distincts. Les inégalités sociales et économiques de Salvador ont produit un modèle urbain inégal, et les facteurs institutionnels et structurels ont contribué à l'absence de bases de données urbaines numériques à jour. En conclusion, étant donné le contexte local, l'UC-AnMap de Salvador- ne pouvait pas commencer sans le développement d’un MPO. Este articulo presenta el desarrollo de una metodología para generar una carta analítica del clima urbano (UC-AnMap, en inglés) sostenida sobre un plano del uso del suelo (MPO, en inglés) para el caso de la ciudad de Salvador. Esta urbe se localiza en la región noreste de Brasil y actualmente es la cuarta ciudad más poblada del país con aproximadamente tres millones de habitantes. En un primer momento, la MPO fue utilizada solamente como una capa, pero en una versión actualizada se convirtió en un elemento fundamental a partir del cual se crearon mapas temáticos de las diversas morfologías urbanas de la ciudad. Los MPO son propuestos en este trabajo como una base metodológica de inicio, una herramienta que contribuya a la elaboración del mapa climático urbano- UCMap (en inglés). Tal herramienta permite captar la variedad de los tipos de ocupación del suelo urbano y se sostiene en información universalmente disponible tales como imágenes y herramientas de Google Earth, sin tener que acudir a bases de datos sofisticadas y costosas a la cuales ciudades de países en vías de desarrollo resulta dificultoso. El uso de los MOPS consiste en identificar y delimitar zonas de ocupación del suelo de forma homogénea a través de polígonos a una escala de 1:10.000. Las zonas similares son agrupadas bajo el mismo modelo, independientemente de sus funciones urbanas, creando así un sistema de clasificación que caracteriza los diferentes modelos existentes según sus atributos urbanísticos distintivos. Las desigualdades sociales y económicas de Salvador han producido un modelo urbano desigual, y los factores institucionales y estructurales han imposibilitado la existencia de bases de datos urbanas digitales actualizadas. En conclusión, dado el contexto local actual, el UC-AnMap de Salvador, no podía comenzar sin el desarrollo de los MOPs. Este artigo apresenta o desenvolvimento da metodologia utilizada para criar um Mapa Analítico do Clima Urbano (UC-AnMap) de Salvador, Brasil, com base em seu Mapa de Padrões de Ocupação do Solo (MPO). Localizada na Região Nordeste do Brasil, Salvador é atualmente a quarta cidade mais populosa do país, com quase três milhões de habitantes. Primeiro, o MPO foi usado como uma camada de dados; em seguida, uma versão atualizada do MPO foi utilizada como camada fundamental para derivar mapas temáticos com base nas distintas morfologias urbanas encontradas na cidade. As MPOs são aqui sugeridas como procedimento metodológico inicial, ferramenta facilitadora para a construção de um Mapa Climático Urbano. Os MPOs permitem capturar a variedade de padrões de uso do solo urbano e são baseados em informações universalmente disponíveis, como imagens e ferramentas do Google Earth, independentemente da existência de bancos de dados sofisticados e caros, geralmente não disponíveis em cidades de países em desenvolvimento. MPOs envolvem a identificação e delimitação de áreas de uso do solo visualmente homogêneas em polígonos na escala adequada de 1:10.000. Áreas semelhantes são agrupadas e classificadas sob o mesmo padrão, independentemente de suas funções urbanas, criando um sistema de classificação que caracteriza os diferentes padrões existentes por seus distintos atributos urbanos. As desigualdades sociais e econômicas de Salvador produziram padrões urbanos desiguais contínuos, e fatores institucionais e estruturais contribuíram para a ausência de bancos de dados urbanos digitais atualizados. Dado o contexto local, o UC-AnMap de Salvador não poderia ter sido elaborado sem o desenvolvimento do MPO.

This paper is about the relevance of proposing geovisualization methods to visually integrate, co-visualize and interact with urban and meteorological data into a 3D environment, in order to support the visual analysis of the urban climate. Meteorological experts and researchers already face meteorological data and climate models analysis issues, at larger scales into the city: yet even if they have existing practices and tools to address these issues, they could take benefit from the knowledge and the methods from the Geovisualization domain, to complement these analyses by a visuospatial reasoning approach.In this paper, based on the knowledge of the expectations of the meteorological experts we are working with, we brought climate analysis into the city and visuospatial reasoning closer, on both heterogeneous urban and air temperature data(1). We reviewed the existing works regarding geovisualization of spatio-temporal phenomena and visualization of meteorological data (2). We then presented the different approaches we fulfilled to provide a 3D geovisualization environment and graphic representations, visually integrating both meteorological and spatial data. One provides style and interaction capacities on those data, enabling the interactive 3D exploration of their spatial and value distributions, throughout the city. Another geovisualization-design experiment is presented as a co-visualization of meteorological data and morphological indicators on 2.5D maps (3). These complementary approaches are presented and discussed with the meteorological experts, based on their relevance to tackle climate analysis at a larger scale and on the refinements required to extend their exploration capacities (4). Cet article s’intéresse à la proposition de méthodes de géovisualisation pour intégrer visuellement, co-visualiser et interagir avec des données météo et des données topographiques urbaines, dans un environnement 3D, afin de pouvoir réaliser des tâches d’analyse visuelle. Les chercheurs et experts en météorologie sont confrontés à des problématiques d’analyse de données météorologiques simulées et de modèles de simulation, à des échelles fines en ville : même si des outils existent, ils pourraient également tirer parti des connaissances et méthodes de la géovisualisation, pour avoir une approche complémentaire en termes d’analyse visuelle, favorisant le raisonnement visuospatial.Tout d’abord, à partir de la connaissance des attentes des experts météorologues avec qui nous travaillons, nous essayons de rapprocher les problématiques d’analyse du climat urbain et le raisonnement visuospatial, à partir des données hétérogènes à manipuler, que sont les données de température de l’air et des données urbaines (2). Nous faisons ensuite une revue des travaux existants sur la géovisualisation de phénomènes spatio-temporels et la visualisation de données météorologiques (3). Nous présentons les différentes approches que nous avons expérimentées, afin de fournir un environnement de géovisualisation 3D, intégrant visuellement les données météorologiques et spatiales. Une première proposition offre des capacités de stylisation et d’interaction sur ces données, afin de faciliter une exploration interactive en 3D des distributions spatiales des données, dans la ville. Une deuxième proposition présente la co-visualisation de données météorologiques et d’indicateurs morphologiques dans des cartes 2.5D (4). Ces approches complémentaires sont décrites et discutées avec les experts météorologues, afin d’évaluer leur pertinence pour l’aide à l’analyse climatique, à des échelles fines en ville, et d’en extraire des améliorations pour étendre les capacités d’exploration (5). Este artículo propone métodos de geovisualización orientados a integrar visualmente, co-visualizar e interactuar datos meteorológicos y topográficos urbanos, en un ambiente 3D, con el fin de poder realizar tareas de análisis visual. Los investigadores y expertos en meteorología se enfrentan a problemáticas de análisis de datos meteorológicos simulados y modelos de simulación a una escala de ciudad con alto detalle, donde si bien existen herramientas, es posible utilizar los conocimientos y métodos de geovisualización, para permitir una aproximación complementaria en términos de análisis visual, favoreciendo el razonamiento visual espacial. A partir del trabajo con expertos meteorólogos, tratamos de aproximarnos a las problemáticas de análisis del clima urbano y a su razonamiento visual espacial, según datos heterogéneos manipulados, es temperatura del aire y datos urbanos (2). Posteriormente, revisamos los trabajos existentes sobre la geovisualización de fenómenos espacio-temporales y la visualización de datos meteorológicos (3). Presentamos diferentes aproximaciones que experimentamos con el fin de otorgar un sistema 3D de geovisualización que integre visualmente los datos meteorológicos y espaciales. Una primera propuesta concierne a ofrece capacidades de estilización e interacción de estos datos, con el fin de facilitar una exploración interactiva en 3D de las distribuciones espaciales de los datos en la ciudad. Una segunda contribución es presentar la co-visualización de los datos meteorológicos y de los indicadores morfológicos en mapas 2.5D (4). Estas aproximaciones complementarias son descritas y discutidas con expertos meteorólogos, con el fin de evaluar su pertinencia para la contribución del análisis climático, a una escala fina para la ciudad, y determinar mejoras para extender las capacidades de exploración (5).

Le réseau MUSTARDijon offre la possibilité de procéder à une cartographie fine des températureshoraires sur Dijon Métropole. La méthode proposée ici repose sur des régressions linéaires multiplesmobilisant deux familles de prédicteurs : des descripteurs du relief et des descripteurs de l’occupation dusol. L’application porte sur la canicule de l’été 2020 (6-9 août). Deux configurations sont comparées. L’une,en mode recherche, laisse la possibilité aux descripteurs de varier dynamiquement en fonction de leurpertinence statistique, l’autre, en mode opérationnel, impose les 5 mêmes descripteurs en entrée. Entermes de performance statistique ou de structure spatiale, l’impact de la méthode n’est pas négligeable.

Le réseau MUSTARDijon offre la possibilité de procéder à une cartographie fine des températureshoraires sur Dijon Métropole. La méthode proposée ici repose sur des régressions linéaires multiplesmobilisant deux familles de prédicteurs : des descripteurs du relief et des descripteurs de l’occupation dusol. L’application porte sur la canicule de l’été 2020 (6-9 août). Deux configurations sont comparées. L’une,en mode recherche, laisse la possibilité aux descripteurs de varier dynamiquement en fonction de leurpertinence statistique, l’autre, en mode opérationnel, impose les 5 mêmes descripteurs en entrée. Entermes de performance statistique ou de structure spatiale, l’impact de la méthode n’est pas négligeable.

The monitoring of the Land Surface Temperature (LST) by remote sensing in urban areas is of great interest to study the Surface Urban Heat Island (SUHI) effect. Thus, it is one of the goals of the future spaceborne mission TRISHNA, which will carry a thermal radiometer onboard with four bands at a 60-m spatial resolution, acquiring daytime and nighttime. In this study, TRISHNA-like data are simulated from Airborne Hyperspectral Scanner (AHS) data over the Madrid urban area at 4-m resolution. To retrieve the LST, the Temperature and Emissivity Separation (TES) algorithm is applied with four spectral bands considering two main original approaches compared with the classical TES algorithm. First, calibration and validation datasets with a large number of artificial materials are considered (called urban-oriented database), contrary to most of the previous studies that do not use a large number of artificial material spectra during the calibration step, thus impacting the LST retrieval over these materials. This approach produces one TES algorithm with one empirical relationship, called 1MMD TES. Second, two empirical relationships are used, one for the artificial materials and the other for the natural ones. These relationships are defined thanks to two calibration datasets (artificial-surface-oriented database and natural-surface-oriented database, respectively), one containing mainly artificial materials and the other mainly natural ones. Finally, in order to use two empirical relationships, a ground cover classification map is given to the TES algorithm to separate artificial pixels from natural ones. This approach produces one material-oriented TES algorithm with two empirical relationships, called 2MMD TES. In order to perform a complete comparison of these two addenda in the TES algorithm and their impact on the LST retrieval, both AHS and TRISHNA spatial resolutions are studied, i.e., 4-m and 60-m resolutions, respectively. Relative to the calibration of the TES algorithm, we conclude that (1) the urban-oriented database is more representative of the urban areas than previous databases from the state-of-the-art, and (2) using two databases (artificial-surface-oriented and natural-surface-oriented) instead of one prevents the overestimation of the LST over natural materials and the underestimation over artificial ones. Thus, for both studied spatial resolutions (AHS and TRISHNA), we find that the 2MMD TES outperforms the 1MMD TES. This difference is especially important for artificial materials, corroborating the above conclusion. Furthermore, the comparison with ground measurements shows that, on 4-m spatial resolution images, the 2MMD TES outperforms both the 1MMD TES and the TES from the state-of-the-art used in this study. Finally, we conclude that the 2MMD TES method, with only four spectral bands, better retrieves the LST over artificial and natural materials and that the future TRISHNA sensor is suited for the monitoring of the LST over urban areas and the SUHI effect., Le suivi de la température de surface terrestre (LST) par télédétection dans les zones urbaines est d'un grand intérêt pour étudier l'effet d'îlot de chaleur urbain de surface (SUHI). C'est donc l'un des objectifs de la future mission spatiale TRISHNA, qui transportera à bord un radiomètre thermique à quatre bandes avec une résolution spatiale de 60 m, faisant des acquisitions de jour et de nuit. Dans cette étude, des données de type TRISHNA sont simulées à partir des données d’AHS (Airborne Hyperspectral Scanner) sur la zone urbaine de Madrid à une résolution de 4 mètres. Pour récupérer la LST, l'algorithme de séparation température et émissivité (TES) est appliqué avec quatre bandes spectrales en considérant deux approches originales principales par rapport à l'algorithme TES classique. Tout d'abord, des ensembles de données d’apprentissage et de validation avec un grand nombre de matériaux artificiels sont considérés (appelés base de données orientée urbain), contrairement à la plupart des études précédentes qui n'utilisent pas un grand nombre de spectres de matériaux artificiels pendant l'étape d’apprentissage, ce qui a un impact sur l’estimation de la LST sur ces matériaux. Cette approche produit un algorithme TES avec une relation empirique, appelé 1MMD TES. Ensuite, deux relations empiriques sont utilisées, une pour les matériaux artificiels et l'autre pour les matériaux naturels. Ces relations sont définies grâce à deux ensembles de données d'étalonnage (base de données axée sur les surfaces artificielles et base de données axée sur les surfaces naturelles, respectivement), l'une contenant principalement des matériaux artificiels et l'autre principalement des matériaux naturels. Enfin, afin d'utiliser ces deux relations empiriques, une carte de classification de la couverture du sol est donnée à l'algorithme TES pour séparer les pixels artificiels des pixels naturels. Cette approche produit un algorithme TES orienté matériau avec deux relations empiriques, appelé 2MMD TES. Afin d'effectuer une comparaison complète de ces deux ajouts à l'algorithme TES et de leur impact sur l’estimation de la LST, les résolutions spatiales AHS et TRISHNA sont étudiées, c'est-à-dire des résolutions de 4 et 60 mètres, respectivement. En ce qui concerne l’apprentissage de l'algorithme TES, nous concluons que (1) la base de données orientée urbain est plus représentative des zones urbaines que les bases de données précédentes de l'état de l'art, et (2) l'utilisation de deux bases de données (orientée vers les surfaces artificielles et orientée vers les surfaces naturelles) au lieu d'une seule prévient la surestimation de la LST sur les matériaux naturels et la sous-estimation sur les matériaux artificiels. Ainsi, pour les deux résolutions spatiales étudiées (AHS et TRISHNA), nous constatons que le 2MMD TES est plus performant que le 1MMD TES. Cette différence est particulièrement importante pour les matériaux artificiels, ce qui corrobore la conclusion ci-dessus. En outre, la comparaison avec les mesures au sol montre que, sur les images à résolution spatiale de 4 m, le 2MMD TES surpasse à la fois le 1MMD TES et le TES de l'état de l'art utilisé dans cette étude. Enfin, nous concluons que la méthode 2MMD, avec seulement quatre bandes spectrales, permet d’estimer plus précisément la LST sur les matériaux artificiels et naturels et que le futur capteur TRISHNA est adapté au suivi de la LST sur les zones urbaines et de l'effet SUHI.

International audience; The monitoring of the Land Surface Temperature (LST) by remote sensing in urban areas is of great interest to study the Surface Urban Heat Island (SUHI) effect. Thus, it is one of the goals of the future spaceborne mission TRISHNA, which will carry a thermal radiometer onboard with four bands at a 60-m spatial resolution, acquiring daytime and nighttime. In this study, TRISHNA-like data are simulated from Airborne Hyperspectral Scanner (AHS) data over the Madrid urban area at 4-m resolution. To retrieve the LST, the Temperature and Emissivity Separation (TES) algorithm is applied with four spectral bands considering two main original approaches compared with the classical TES algorithm. First, calibration and validation datasets with a large number of artificial materials are considered (called urban-oriented database), contrary to most of the previous studies that do not use a large number of artificial material spectra during the calibration step, thus impacting the LST retrieval over these materials. This approach produces one TES algorithm with one empirical relationship, called 1MMD TES. Second, two empirical relationships are used, one for the artificial materials and the other for the natural ones. These relationships are defined thanks to two calibration datasets (artificial-surface-oriented database and natural-surface-oriented database, respectively), one containing mainly artificial materials and the other mainly natural ones. Finally, in order to use two empirical relationships, a ground cover classification map is given to the TES algorithm to separate artificial pixels from natural ones. This approach produces one material-oriented TES algorithm with two empirical relationships, called 2MMD TES. In order to perform a complete comparison of these two addenda in the TES algorithm and their impact on the LST retrieval, both AHS and TRISHNA spatial resolutions are studied, i.e., 4-m and 60-m resolutions, respectively. Relative to the calibration of the TES algorithm, we conclude that (1) the urban-oriented database is more representative of the urban areas than previous databases from the state-of-the-art, and (2) using two databases (artificial-surface-oriented and natural-surface-oriented) instead of one prevents the overestimation of the LST over natural materials and the underestimation over artificial ones. Thus, for both studied spatial resolutions (AHS and TRISHNA), we find that the 2MMD TES outperforms the 1MMD TES. This difference is especially important for artificial materials, corroborating the above conclusion. Furthermore, the comparison with ground measurements shows that, on 4-m spatial resolution images, the 2MMD TES outperforms both the 1MMD TES and the TES from the state-of-the-art used in this study. Finally, we conclude that the 2MMD TES method, with only four spectral bands, better retrieves the LST over artificial and natural materials and that the future TRISHNA sensor is suited for the monitoring of the LST over urban areas and the SUHI effect.; Le suivi de la température de surface terrestre (LST) par télédétection dans les zones urbaines est d'un grand intérêt pour étudier l'effet d'îlot de chaleur urbain de surface (SUHI). C'est donc l'un des objectifs de la future mission spatiale TRISHNA, qui transportera à bord un radiomètre thermique à quatre bandes avec une résolution spatiale de 60 m, faisant des acquisitions de jour et de nuit. Dans cette étude, des données de type TRISHNA sont simulées à partir des données d’AHS (Airborne Hyperspectral Scanner) sur la zone urbaine de Madrid à une résolution de 4 mètres. Pour récupérer la LST, l'algorithme de séparation température et émissivité (TES) est appliqué avec quatre bandes spectrales en considérant deux approches originales principales par rapport à l'algorithme TES classique. Tout d'abord, des ensembles de données d’apprentissage et de validation avec un grand nombre de matériaux artificiels sont considérés (appelés base de données orientée urbain), contrairement à la plupart des études précédentes qui n'utilisent pas un grand nombre de spectres de matériaux artificiels pendant l'étape d’apprentissage, ce qui a un impact sur l’estimation de la LST sur ces matériaux. Cette approche produit un algorithme TES avec une relation empirique, appelé 1MMD TES. Ensuite, deux relations empiriques sont utilisées, une pour les matériaux artificiels et l'autre pour les matériaux naturels. Ces relations sont définies grâce à deux ensembles de données d'étalonnage (base de données axée sur les surfaces artificielles et base de données axée sur les surfaces naturelles, respectivement), l'une contenant principalement des matériaux artificiels et l'autre principalement des matériaux naturels. Enfin, afin d'utiliser ces deux relations empiriques, une carte de classification de la couverture du sol est donnée à l'algorithme TES pour séparer les pixels artificiels des pixels naturels. Cette approche produit un algorithme TES orienté matériau avec deux relations empiriques, appelé 2MMD TES. Afin d'effectuer une comparaison complète de ces deux ajouts à l'algorithme TES et de leur impact sur l’estimation de la LST, les résolutions spatiales AHS et TRISHNA sont étudiées, c'est-à-dire des résolutions de 4 et 60 mètres, respectivement. En ce qui concerne l’apprentissage de l'algorithme TES, nous concluons que (1) la base de données orientée urbain est plus représentative des zones urbaines que les bases de données précédentes de l'état de l'art, et (2) l'utilisation de deux bases de données (orientée vers les surfaces artificielles et orientée vers les surfaces naturelles) au lieu d'une seule prévient la surestimation de la LST sur les matériaux naturels et la sous-estimation sur les matériaux artificiels. Ainsi, pour les deux résolutions spatiales étudiées (AHS et TRISHNA), nous constatons que le 2MMD TES est plus performant que le 1MMD TES. Cette différence est particulièrement importante pour les matériaux artificiels, ce qui corrobore la conclusion ci-dessus. En outre, la comparaison avec les mesures au sol montre que, sur les images à résolution spatiale de 4 m, le 2MMD TES surpasse à la fois le 1MMD TES et le TES de l'état de l'art utilisé dans cette étude. Enfin, nous concluons que la méthode 2MMD, avec seulement quatre bandes spectrales, permet d’estimer plus précisément la LST sur les matériaux artificiels et naturels et que le futur capteur TRISHNA est adapté au suivi de la LST sur les zones urbaines et de l'effet SUHI.

This thesis provides a description of the development of climate services within Toulouse Métropole, France. They are articulated around a automated weather station network for micro-climatology studies, in particular the analysis of air temperature of the urban canopy heat island. The first one decomposes the climate services based on observation networks into distinct objects attached to separate and interacting disciplinary fields. The approach is based on a classification of the bibliography and the work of the World Meteorological Organization on climate services. This part also explains the volontee to mobilize methods relating to participation and in particular co-construction with the purpose to bring work flow and dynamic. While the first axis presents a theoretical, methodological framework for action-research work, the second axis is intended to be its practical application. In other words the transformation of the different components of a climate service based on a measurment network into a technical solution deployed and operational according to international norms and standards. A focus is brought on the choice of measurement sites with the help of thematic maps and a mobile measurement campaign. The third axis, finally, proposes an analysis of the heat island of the Toulouse territory from the data measured by the network. The heat island is approached from the classic angle of the urban/rural dichotomy and according to optimal weather conditions at its formation. In a second step, the approach of weather types is mobilized to deepen the analyses according to various types of weather conditions. Finally, a finer spatial analysis is carried out using Local Climate Zones (LCZ) with a focus on the activity zones (LCZ 8).; Cette thèse fournit une description du développement des services climatiques au sein de Toulouse Métropole, en France. Ils sont articulés autour d'un réseau de stations météorologiques pour les études de micro-climatologie, en particulier l'analyse de la température de l'air et de l'îlot de chaleur urbain. Le premier axe s'emploie à décomposer les services climatiques à base de réseaux d'observations en objets distincts rattachés à des champs disciplinaires séparés mais en interaction. La démarche s'appuie sur une classification de la bibliographie et des travaux de l'Organisation Mondiale de Météorologie sur les services climatiques. Dans cette partie sont également expliqués le parti pris et la mise en place d'une dynamique de travail qui font appel aux méthodes relatives à la participation, et en particulier à la co-construction. Si l'axe premier présente un cadre théorique et méthodologique du travail de recherche-action, le second axe se veut être la mise en pratique. A savoir la transformation des différentes composantes d'un service climatique à base de réseau de mesures en une solution technique déployée et opérationnelle selon des normes et standards internationaux. Un focus est apporté sur le choix des sites de mesures à l'aide de cartographies thématiques et d'une campagne de mesures véhiculée. Le troisième axe, enfin, propose une analyse de l'îlot de chaleur du territoire Toulousain à partir des données mesurées par le réseau mis en place. L'îlot de chaleur est abordé sous l'angle classique de la dichotomie urbain/rural et selon des conditions météos optimales à sa formation. Dans un second temps est mobilisée l'approche des types de temps. Enfin une analyse spatiale plus fine est réalisée en mobilisant les Local Climate Zones (LCZ) avec un focus sur les zones d'activités (LCZ 8). Cette thèse propose ainsi une approche transversale et inter-disciplinaire de mise en œuvre d'un service climatique urbain, complétée d'une analyse territorialisée du climat urbain.

Due to its specific physical and geometric characteristics, the urban environment represents a profound modification of the natural environment. These transformations generate environmental and societal impacts that are already perceptible in many areas, and which could increase with climate change. Understanding and assessing these impacts and their future evolution requires simulation tools and climate scenarios adapted to the scale of the city. Some regional climate models nowadays reach very high horizontal resolutions that allow cities to be represented and impacts to be assessed by dynamic downscaling. But their costly implementation limits the duration of simulations and the number of scenarios studied. Other, lighter methods can improve the resolution of these models by statistical downscaling but do not represent the city's feedback on the local climate. This thesis proposes a methodology for assessing the impacts of climate change in cities, in terms of urban climate, thermal comfort, and energy demand, with the Paris region as a case study. A first step consisted in taking stock of the urban climatology of the region, based on long series of spatialised observations of surface temperature, surface air temperature and precipitation. Innovative urban climate indicators were proposed and calculated for the analysis of the past climate of Paris, then remobilized in the continuation of the thesis for the evaluation of the models and the study of the evolutions with climate change. In a second step, a statistical-dynamic downscaling method was developed and tested in the Paris region to combine regional climate trends with the thermal effect of the city on its local environment. The climate projections provided by the models of the EURO-CORDEX program 0.11° of resolution) were corrected daily by atmospheric fields from high-resolution urban climate modeling. This modeling was carried out, in a previous study, with the Meso-NH model coupled with the urban canopy model TEB, for a set of meteorological situations representative of local weather types. An evaluation over the past period 2000-2008 showed the capacity of the method to represent the spatial and temporal variability of Parisian urban heat islands. Finally, the climatic forcings produced by this method, with kilometric spatial resolution and three-hour temporal frequency, were applied to the SURFEX land surface modeling platform including TEB. Simulations of the urban climate of the Paris region were carried out continuously over the period 1976-2099 according to the emission scenario RCP8.5 ; TEB being able to simulate different impact indicators related to temperature, thermal comfort and energy consumption of buildings. The complete methodology was compared to simpler approaches, without downscaling of climate forcings for prior consideration of urban effects. This study allowed to evaluate the sensitivity of the results over the historical period, and to show the benefits of the proposed methodology to the evaluation of impacts. The results were then analyzed over the entire 21st century to quantify the evolution of the urban climate and associated impacts on the Paris region under the influence of climate change.; Par ses caractéristiques physiques et géométriques, l'environnement urbain représente une modification profonde du milieu naturel. Ces transformations engendrent des impacts environnementaux et sociétaux déjà perceptibles, qui pourraient s'accentuer avec le changement climatique. La compréhension et l'évaluation de ces impacts et leurs évolutions futures nécessitent des outils de simulation et des scénarios climatiques adaptés à l'échelle de la ville. Certains modèles régionaux de climat atteignent aujourd'hui de très hautes résolutions horizontales permettant de représenter les villes et évaluer les impacts par une descente d'échelle dynamique. Mais leur mise en œuvre coûteuse limite la durée des simulations et le nombre de scénarios étudiés. D'autres méthodes, plus légères, permettent d'améliorer la résolution de ces modèles par une descente d'échelle statistique mais ne représentent pas les rétroactions de la ville sur le climat local. Cette thèse propose une méthodologie pour l'évaluation des impacts du changement climatique en ville, en termes de climat urbain, confort thermique, et demande énergétique, avec la région parisienne comme cas d'étude. Une première étape a consisté à faire un état des lieux de la climatologie urbaine de la région, à partir de longues séries d'observations spatialisées de température de surface, de température de l'air en surface et de précipitation. Des indicateurs de climat urbain innovants ont été proposés et calculés, pour l'analyse du climat passé de Paris, puis remobilisés dans la suite de la thèse pour l'évaluation des modèles et l'étude des évolutions avec le changement climatique. Dans une seconde étape, une méthode de descente d'échelle statistico-dynamique a été développée et testée sur la région parisienne pour combiner les tendances climatiques régionales avec l'effet thermique de la ville sur son environnement local. Les projections climatiques fournies par les modèles du programme EURO-CORDEX 0,11° de résolution) ont été corrigées quotidiennement par des champs atmosphériques issus d'une modélisation à haute résolution du climat urbain. Cette modélisation a été réalisée, dans une précédente étude, avec le modèle Meso-NH couplé au modèle de canopée urbaine TEB, pour un ensemble de situations météorologiques représentatives des types de temps locaux. Une évaluation sur la période passée 2000-2008 a montré la capacité de la méthode à représenter la variabilité spatiale et temporelle des îlots de chaleur urbains parisiens. Enfin, les forçages climatiques produits par cette méthode, avec une résolution spatiale kilométrique et une fréquence temporelle tri-horaire, ont été appliqués à la plateforme de modélisation des surfaces continentales SURFEX incluant TEB. Des simulations du climat urbain de la région parisienne ont été réalisées en continu sur la période 1976-2099 selon le scénario d'émission RCP8,5 ; TEB étant capable de simuler différents indicateurs d'impacts relatifs à la température, le confort thermique et la consommation d'énergie des bâtiments. La méthodologie complète a été comparée à des approches plus simples, sans descente d'échelle des forçages climatiques pour la prise en compte préalable des effets urbains. Cette étude a permis d'évaluer la sensibilité des résultats sur la période historique, et de montrer les apports de la méthodologie proposée pour l'évaluation des impacts. Les résultats ont ensuite été analysés sur tout le XXIe siècle pour quantifier l'évolution du climat urbain et des impacts associés sur la région parisienne sous l'influence du changement climatique.

National audience; Les objets connectés (Internet of Things – IoT) ne sont pas des systèmes qui sont destinés à se connecter directement à Internet mais qui interagissent avec d’autres objets ou avec l’être humain, en Machine-toMachine (M2M), ou via les terminaux communicants que sont les smartphones, les tablettes, les smart TV. C’est un magnifique terrain de jeu qui permet de manipuler les systèmes embarqués (du type Arduino) équipés de capteurs qui interagissent avec un serveur sur le Cloud (manipulation des concepts sur le réseau) et où les données sont récupérées sur des tableaux de bord (développement de logiciel avec une interface graphique homme-machine - IHM).

The proportion of the world's urban population according to the United Nations is constantly growing. Currently, 55 % of the population lives in cities worldwide and 80 % in France. The urban space of the coming decades raises issues of an increasingly urban population, which must be able to benefit from a viable space in an urban environment amplifying the more critical temperatures due to global warming. The densification of cities is essential to preserve natural spaces. This must be done in an intelligent manner, in particular to achieve thermal comfort adapted to such a large proportion of the urban population. Densification involves an urban renewal integrating a network Urban Fresh Islands, which may include small urban landscaped areas (courtyards, city block green core, squares, etc.). The aim of this thesis is to understand the global scale of urban warming and to present the materials/water/vegetation triptych used by the landscape designer in order to aim at the implementation of Urban Fresh Islands. When possible, data concerning the temperature reduction generated, will be given as examples. Based on these latter both axis, this paper will discuss the modalities of knowledge transfer from the landscape designer to the contracting authorities so that the project can fight against the phenomenon of urban overheating.; La part de la population urbaine mondiale selon les Nations Unies est grandissante. En l’état actuel, ce sont 55 % de la population qui vit en ville à l’échelle mondiale et 80 % en France. L’espace urbain des prochaines décennies concentre les défis d’une population de plus en plus citadine, qui doit pouvoir bénéficier d’un espace viable dans un milieu urbain qui par ses propriétés amplifie les hausses de températures du réchauffement climatique. Pour préserver les espaces naturels, la densification des villes est essentielle. Celle-ci doit être faite de manière intelligente, notamment pour viser un confort thermique adapté à la vie d’une telle proportion de population urbaine. La densification passe par le renouvellement urbain intégrant un maillage d’îlots de fraîcheurs dont peuvent faire partie les petits espaces paysagers urbains (cours d’immeubles, cœur d’îlot, placette, etc.). Il s’agira de comprendre l’échelle globale du réchauffement des villes et de présenter l’utilisation du triptyque matériaux/eau/végétation par le paysagiste concepteur pour viser la mise en place d’Îlots de Fraîcheurs. Quand il est possible, des données chiffrées notamment concernant l’abattement de températures engendré seront données en exemple. En s’appuyant sur ces données, ce mémoire discutera du transfert de connaissances du paysagiste aux maîtrises d’ouvrage pour que le projet lutte contre le phénomène de surchauffe urbaine.

New urban planning techniques must take more and more elements into account, including the impact on the cities’ climate. Indeed, anthropogenic activities play an important role in the creation of microclimates that form urban heat islands (UHIs). This master thesis questionnes the impact of these new planning techniques on the urban climate. Urban redevelopment projects, in the context of the fight against UHIs, take many parameters into account, but four have been studied here for their recurrence in all projects: vegetalisation, water management, urban forms and infrastructures. Thus, the examples of the city of Montreal and the Belle-Beille district in Angers have been studied for their representativeness and their innovations. These examples were used as a basis for the results to be exploited and analyzed. Actually, they allowed us to take a step back from the developments that are currently being implemented and their effectiveness. It was also possible to go further in the reflection by presenting the real impact of these new developments techniques and how to evaluate them at different scales, the new techniques being experimented with and the limits and lacks the projects.; Les nouvelles techniques d’aménagement urbain doivent prendre de plus en plus d’éléments en compte, dont l’impact sur le climat des villes. En effet, les activités anthropiques participent grandement à la création de microclimat formant des îlots de chaleur urbain (ICU). Ce mémoire s’interroge sur l’impact de ces nouvelles techniques d’aménagement sur le climat urbain. Les projets de réaménagement urbain, dans le cadre de la lutte contre les ICU, prennent en compte beaucoup de paramètres mais quatre ont été étudiés ici pour leur récurrence dans l’ensemble des projets : végétalisation, gestion de l’eau, formes urbaines et infrastructures. Ainsi, les exemples de la ville Montréal et le quartier de Belle-Beille à Angers ont été étudiés pour leurs représentativités et leurs innovations. Ces exemples ont servi d’appui pour avoir des résultats à exploiter et à analyser. Effectivement, ils nous ont permis de pouvoir prendre du recul sur les aménagements qui sont actuellement mis en place et leur efficacité. Il a également été possible d’aller plus loin dans la réflexion en présentant l’impact réel de ces nouveaux aménagements et comment les évaluer à différentes échelles, les nouvelles techniques en cours d’expérimentation et les limites et manques des projets.

International audience; Climate change is projected to increase the frequency and intensity of heat waves in many parts of the world. Cities are therefore looking for adaptation solutions to limit the impact of these events. In particular, several techniques exist for floor coverings: reflective or permeable materials, for example. Other solutions such as greening or urban watering are also being considered. The communication proposed here concerns the analysis of the microclimatic performance of an experimental demonstrator built by Eiffage Route coupling fresh, permeable materials and urban watering of horizontal surfaces. From this study it appears that it is preferable to choose the nature and colorimetry in a relevant way, allowing a maximum gain of 0.9°C on ambient temperature and 6.1°C on UTCI. Whereas solutions by humidification bring us to 1.2°C on ambient temperature and 2.4°C on UTCI.; Il est prévu que le changement climatique augmente la fréquence et l'intensité des canicules dans de nombreuses régions du monde. Les villes recherchent donc des solutions d'adaptation afin de limiter l'impact de ces événements. Plus particulièrement, plusieurs techniques existent pour les revêtements au sol : matériaux réfléchissants ou perméables par exemple. D'autres solutions telles que la végétalisation ou l'arrosage urbain sont également envisagées. La communication proposée ici porte sur l'analyse de la performance microclimatique d'un démonstrateur expérimental construit par Eiffage Route couplant matériaux frais, perméables et arrosage urbain de surfaces horizontales. Il ressort qu'il est préférable de choisir la nature et la colorimétrie de manière pertinente, permettant un gain maximum de 0,9°C sur la température ambiante et de 6,1°C sur l'UTCI. Alors que les solutions par humidification nous amènent à 1,2°C sur la température ambiante et de 2,4°C sur l'UTCI.

Urban heat islands (UHIs) reflect the local impact of human activities on temperatures. Several methods can be used to study UHIs, including air temperature measurements (fixed and mobile), surface temperature estimates (satellite images by remote sensing) and physical or geostatistical modelling. The objective of this study is to analyze the spatial and temporal characteristics of surface and air temperatures in the urban agglomeration of Rennes (Brittany, France) during the summer period in 2016. Surface temperatures derived from thermal imagery from the Landsat 8 satellite were compared to observations of nighttime air temperature measurements obtained from mobile transects. Statistical analyzes of the linear correlation coefficient (r) were used for the thermal data set. The results of this study show the importance of combining different methods to characterize the UHIs., Les îlots de chaleur urbains (ICU) reflètent l'impact à l’échelle locale des activités humaines sur les températures. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour étudier l’ICU, notamment les mesures de la température de l'air (fixes et mobiles), les estimations de la température de surface (images satellitaires par télédétection) et la modélisation physique ou géostatistique. L'objectif de cette étude est d'analyser les caractéristiques spatiales et temporelles des températures de surface et de l’air dans l'agglomération de Rennes (Bretagne, France) en période estivale lors de l’année 2016. Les températures de surface dérivées de l'imagerie thermique du satellite Landsat 8 ont été comparées aux observations des mesures de la température de l’air nocturnesobtenues par des transects mobiles. Des analyses statistiques du coefficient de corrélation linéaire (r) ont été employées pour l’ensemble des données thermiques. Les résultats de cette étude montrent l'importance de combiner différentes méthodes pour caractériser l’ICU.

Since the late 1980’s, society has become aware of the importance of nature in daily life. The cities now promote nature and develop in agreement with it. This phenomenon can be noticed within the capital of Scotland, Edinburgh. The city center is divided into two by the Princes Street Gardens, with the modern part, New Town, on the North and the historic part, Old Town, on the South. The city seems to have a tight link with corners of nature, a link anchored in its history. If we consider that a modern city is one that opens up in agreement with nature, we can consider that Edinburgh is a modern city since a long time ago. This master thesis is entitled “The effects of nature facing the urban heat island: the example of Edinburgh, Scotland”. Our field studies are focused on the most central districts of the city. We study the temperature control of the city thanks to nature from the thermal variations. In order to do that, we use an infrared camera. Overall, four different studies are carried out. First, we would like to identify the logic of distribution of the green spaces of the city. Then, we would like to determine the influence of meteorological conditions over the temperature of the city. Thus, we can show that solar radiations are the biggest temperature influencer in urban areas. Then, we study the effects of the presence of plants on a wall. Finally, a profile of the ideal park is given, from an environmental perspective. This master thesis allows us to determine that the nature in Edinburgh plays a certain role in the limitation of the urban heat island phenomenon.; Depuis la fin des années 1980, la société prend conscience de l’importance de la nature dans son quotidien. C’est ainsi que les villes se développent en accord avec la nature, et la mettent en valeur. Ce phénomène se constate au sein de la capitale de l’Écosse, Édimbourg. Son centre est divisé en deux parties par les jardins de Princes Street, avec au Nord la ville moderne New Town et au Sud la ville historique Old Town. La ville semble avoir un lien étroit avec les coins de nature, lien ancré dans son histoire. Si nous considérons qu’une ville moderne sait s’épanouir en accord avec la nature, nous pouvons considérer qu’Édimbourg est moderne depuis bien longtemps. Ce mémoire de Master 1 est intitulé « Les effets de la nature face à l’îlot de chaleur urbain : l’exemple d’Édimbourg, Écosse ». Nos études de terrain sont concentrées sur les quartiers les plus centraux de la ville. Nous étudions la régulation de la température de la ville grâce à la nature par le biais de variations thermiques. Pour cela, nous utilisons un appareil de photographie numérique infrarouge. Au total, quatre études sont menées. Tout d’abord, nous souhaitons identifier la logique de répartition des espaces verts de la ville. Ensuite, nous désirons déterminer l’influence des conditions météorologiques sur la température de la ville. Puis, nous étudions les effets de la présence de végétation sur un mur. Pour finir, un profil du parc idéal est donné, d’un point de vue environnemental. Ce mémoire nous permet donc de mettre en lumière que la végétation édimbourgeoise joue un certain rôle dans la limitation du phénomène d’îlot de chaleur urbain.

International audience; Le climat des villes est caractérisé par le phénomène d'îlot de chaleur urbain (ICU). Si en hiver, l'ICU a tendance à réduire les consommations de chauffage, c'est tout l'inverse pour la production de froid en été se soldant par une augmentation des rejets de chaleur et donc une intensification de l'ICU. Par ailleurs, le déploiement massif de compteurs énergétiques intelligents permet l'accès à d'importantes quantités de données détaillées sur les consommations énergétiques. Les relevés des consommations électriques d'une quarantaine de bâtiments publics tertiaires exploités par la ville de Paris (école, bureaux, conservatoire, etc.) ont été analysés par des outils statistiques. Cette analyse permet de distinguer quatre grandes classes de bâtiments selon la thermo-sensibilité de leur demande électrique à la température extérieure : thermo-sensibilité hivernale, estivale, double thermo-sensibilité hivernale et estivale enfin une classe marginale où les consommations ne sont pas thermosensibles. Mots-clés : îlot de chaleur urbain; climatisation ; consommation énergétique des bâtiments Abstract-The urban heat island (UHI) is one the best known characteristics of urban climate. While UHI tends to limit space heating needs in winter, it significantly increases the need for space cooling in summer. Recently, the mass deployment of smart energy meters provides unprecedented access to detailed energy consumption data. In this study, the electricity consumption of 42 buildings owned by Paris City Hall is analyzed to identify how Parisian buildings are affected by UHI. The study identified four types of buildings, classified according to the thermal sensitivity of their electricity consumption: winter-, summer-and dual-sensitivity and finally buildings with no thermal sensitivity.

Le climat des villes est caractérisé par le phénomène d'îlot de chaleur urbain (ICU). Un des facteurs contribuant à leur formation sont les rejets de chaleurs anthropiques, issues des activités humaines. A Paris, l'ICU se manifeste par une augmentation de la température de 3$^{\circ}$C en moyenne intra-muros par rapport aux zones rurales alentours. Sous conditions anticycloniques, l'ICU parisien atteint régulièrement 10$^{\circ}$C, notamment lors de canicules. Si en hiver, l'ICU a tendance à réduire les consommations de chauffage, c'est tout l'inverse pour la production de froid en été se soldant par une augmentation des rejets de chaleur et donc une intensification de l'ICU [3], et une éventuelle détérioration de la qualité du sommeil [4]. Par ailleurs, le déploiement massif de compteurs énergétiques intelligents dans les bâtiments durant les dernières années permet désormais d'avoir accès et des quantités de données très importantes, détaillées et facilement accessibles sur les consommations énergétiques. Ces données peuvent être traitées afin de déterminer, à posteriori, les postes d'amélioration d'économie d'énergie [1,2]. Pour une ville comme Paris, l'exploitation pertinente de l'ensemble de ces données permettra de développer une stratégie de gestion des systèmes de climatisation à court et long terme et une meilleure adaptation aux ICU. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail présenté. Les relevés des consommations électriques d'une quarantaine de bâtiments publics exploités par la ville de Paris (école, bureaux, conservatoire, etc.) ont été analysés par des outils statistiques. Cet article présentera un ensemble d'indicateurs et discutera de leurs pertinences. Cette analyse permet de distinguer dans l'échantillon des bâtiments considérés quatre grandes classes de bâtiments selon la thermo-sensibilité de leur demande électrique à la température extérieure : thermo-sensibilité hivernale, estivale, double thermo-sensibilité hivernale et estivale enfin une classe marginale où les consommations ne sont pas thermosensibles. Des explications à ces différents comportements dans le même parc et la même localisation géographique seront proposées. Enfin, l'objectif est de proposer à la ville de Paris une méthodologie généralisable à tout son parc de bâtiments afin, à terme, d'en réduire la thermo-sensibilité estivale des consommations énergétiques et ses effets amplificateurs sur les ICU en épisodes caniculaires. \footnotesize{ \noindent ~[1] Bourdeau, Mathieu, Xiaofeng Guo, and Elyes Nefzaoui. 2018. “Buildings Energy Consumption Generation Gap: A Post-Occupancy Assessment in a Case Study of Three Higher Education Buildings.” Energy and Buildings 159 (January): 600–611. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.11.062. \noindent ~[2] Bourdeau, Mathieu, Xiao qiang Zhai, Elyes Nefzaoui, Xiaofeng Guo, and Patrice Chatellier. 2019. “Modeling and Forecasting Building Energy Consumption: A Review of Data-Driven Techniques.” Sustainable Cities and Society 48 (July): 101533. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101533. \noindent ~[3] Tremeac, Brice, Pierre Bousquet, Cecile de Munck, Gregoire Pigeon, Valery Masson, Colette Marchadier, Michele Merchat, Pierre Poeuf, and Francis Meunier. 2012. “Influence of Air Conditioning Management on Heat Island in Paris Air Street Temperatures.” Applied Energy 95 (July): 102–10. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.02.015. \noindent ~[4] Hendel, M., Azos-Diaz, K., \& Tremeac, B. (2017). “Behavioral adaptation to heat-related health risks in cities.” Energy and Buildings, 152, 823–829. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.11.063}

The temporal dynamics and the spatial distribution of the urban heat island (UHI) in Strasbourg were analysed by using a substantial weather stations network which are distributed over the territory. The strong temporal variability of the phenomenon is illustrated both with regard to its diurnal variations and significant intensity differences according to seasons and weather conditions types. Most developed under cloudless and calm conditions, the UHI shows high magnitudes during sunny summer days, with means locally reaching up to 5°C at nocturnal peak. Regarding the spatial aspect, the intensity variations between the stations highlight the heterogeneity of the UHI, which is primarily explained by the diversity of urban forms. The statistical analysis has thus permitted to underscore the role of several morphological and land cover parameters, justifying the use of a Local Climate Zones (LCZ) classification of the Eurométropole of Strasbourg (EMS). The vegetation seems to have a predominant mitigation potential, in particular when it is notably planted in high-mineral, densely built-up areas. The strongest mean magnitudes are actually systematically measured in most built-up urban areas. This paper proposes a new mapping method for the spatialization of the UHI, which depends partly on LCZ parameters. The map presents relevant intensity values all over the metropolitan area.; Une analyse de la dynamique temporelle et de la distribution spatiale de l’îlot de chaleur urbain (ICU) strasbourgeois a été menée à l’aide d’un réseau de stations météorologiques réparties sur l’ensemble du territoire de l’agglomération strasbourgeoise. L’importante variabilité temporelle de l’ICU est illustrée non seulement à travers son comportement thermique journalier, mais également par le biais des fortes différences d’intensité selon les saisons et les types de temps. Favorisé lors de vents faibles et d’ensoleillement important, l’ICU se montre particulièrement intense durant les belles journées estivales, les moyennes pouvant localement atteindre un gain de cinq degrés lors du paroxysme nocturne. Concernant l’aspect spatial, les disparités entre stations soulignent une hétérogénéité de l’ICU essentiellement liée à la variabilité intrinsèque du milieu urbain. L’analyse statistique a ainsi mis en évidence le rôle de plusieurs paramètres morphologiques et d’occupation du sol, et par conséquent justifie pleinement la mise en place d’une classification en Local Climate Zones (LCZ) de l’Eurométropole de Strasbourg. La végétation apparaît comme étant un facteur de mitigation prééminent, notamment lorsqu’elle est présente de manière notable dans des zones densément bâties et fortement minéralisées. Concernant les paramètres relevant de la géométrie urbaine, les intensités moyennes d’ICU les plus élevées sont systématiquement mesurées dans les zones les plus densément bâties. Une nouvelle méthodologie de cartographie de l’ICU se basant sur les paramètres sous-jacents des LCZ est proposée. Cette carte permet l’obtention de valeurs pertinentes d’intensité de l’ICU en tout point du territoire

International audience; The urban heat island (UHI) is a phenomenon referring to the increase in temperature in urban areas that become warmer than the less densely populated rural areas, thus causing thermal discomfort, excess mortality for the vulnerable people, as well as a deterioration of the air’s quality. The present study aims to observe and analyze the UHI of the city of Casablanca using a mobile measurement method, with the help of a meteorological station collecting microclimatic data and a GPS device recording the routes followed, both mounted on a car. Measurement campaigns were carried out on July, 12th, 16th and 17th of 2019 in several areas of the city following previously selected urban transects. The objective was to measure the temperature of the air in different types of urban forms such as the city center, parks and gardens, industrial or commercial zones ... in order to identify the influence of vegetation and aquatic areas. Regarding its intensity, the local UHI is estimated between 2 ° C and 4 ° C during clear weather nights, with a greater intensity in industrial and dense urban areas in the heart of the city.; L’ilot de chaleur urbain (ICU) est un phénomène qui renvoie à l’augmentation de la température dans les milieux urbains qui deviennent plus chauds que les zones rurales moins denses, entraînant ainsi un inconfort thermique, une surmortalité des personnes vulnérables ainsi qu’une dégradation de la qualité de l’air. La présente étude vise à observer et analyser l’ICU de la ville de Casablanca à l’aide d’une méthode de mesures mobiles. Cette méthode nécessite l’utilisation d’une station météorologique permettant de recueillir des données microclimatiques et d’un dispositif GPS assurant l’enregistrement des itinéraires suivis, tous deux montés sur une voiture. Des campagnes de mesure ont été conduites le 12, le 16 et le 17 juillet 2019 avec pour cadre plusieurs secteurs de la ville suivant des transects urbains choisis au préalable. L’objectif était de relever la température de l’air dans différentes typologies urbaines telles que le centre-ville, des parcs et jardins, des zones industrielles ou commerciales... en vue d’identifier l’influence de la végétation et des zones aquatiques sur l’intensité de l’ICU casablancais. Ce dernier est estimé entre 2°C à 4°C pendant les nuits de beau temps, avec une intensité accrue au sein des zones industrielles et des zones urbaines denses au cœur de la ville.

International audience; The urban heat island (UHI) is a phenomenon referring to the increase in temperature in urban areas that become warmer than the less densely populated rural areas, thus causing thermal discomfort, excess mortality for the vulnerable people, as well as a deterioration of the air’s quality. The present study aims to observe and analyze the UHI of the city of Casablanca using a mobile measurement method, with the help of a meteorological station collecting microclimatic data and a GPS device recording the routes followed, both mounted on a car. Measurement campaigns were carried out on July, 12th, 16th and 17th of 2019 in several areas of the city following previously selected urban transects. The objective was to measure the temperature of the air in different types of urban forms such as the city center, parks and gardens, industrial or commercial zones ... in order to identify the influence of vegetation and aquatic areas. Regarding its intensity, the local UHI is estimated between 2 ° C and 4 ° C during clear weather nights, with a greater intensity in industrial and dense urban areas in the heart of the city.; L’ilot de chaleur urbain (ICU) est un phénomène qui renvoie à l’augmentation de la température dans les milieux urbains qui deviennent plus chauds que les zones rurales moins denses, entraînant ainsi un inconfort thermique, une surmortalité des personnes vulnérables ainsi qu’une dégradation de la qualité de l’air. La présente étude vise à observer et analyser l’ICU de la ville de Casablanca à l’aide d’une méthode de mesures mobiles. Cette méthode nécessite l’utilisation d’une station météorologique permettant de recueillir des données microclimatiques et d’un dispositif GPS assurant l’enregistrement des itinéraires suivis, tous deux montés sur une voiture. Des campagnes de mesure ont été conduites le 12, le 16 et le 17 juillet 2019 avec pour cadre plusieurs secteurs de la ville suivant des transects urbains choisis au préalable. L’objectif était de relever la température de l’air dans différentes typologies urbaines telles que le centre-ville, des parcs et jardins, des zones industrielles ou commerciales... en vue d’identifier l’influence de la végétation et des zones aquatiques sur l’intensité de l’ICU casablancais. Ce dernier est estimé entre 2°C à 4°C pendant les nuits de beau temps, avec une intensité accrue au sein des zones industrielles et des zones urbaines denses au cœur de la ville.

De grands changements climatiques sont en cours, la planète se réchauffe. Face à cette problématique, deux types de politiques publiques sont généralement développées : les politiques d’atténuation et les politiques d’adaptation. Les intercommunalités ont l’obligation de prendre en compte la problématique de l’adaptation au changement climatique, dans le cadre de leur compétence « Aménagement », et donc de l’intégrer dans leurs documents de planification : SCoT (Schéma de Cohérence Territoriale) et PLUI (Plan Local d’Urbanisme intercommunal). Ces politiques publiques d’adaptation doivent également être exposées dans les plans climats (PCAET - Plan Climat Air Énergie Territorial), qui sont les documents cadres sur cette thématique. Dans ce travail, il est analysé comment le territoire Marseille-Provence (entité administrative inclue dans la Métropole Aix-Marseille-Provence) traite dans son PLUi la thématique de l’adaptation au changement climatique. Cette politique est analysée et jugée sur les quatre enjeux suivants : les îlots de chaleur urbains, l’inondation par ruissellement, le retrait-gonflement des argiles, les risques de submersion marine et d’érosion du trait de côte. Suite à cette analyse, des solutions et des pistes d’évolution sont présentées : documents de travail liés à l’élaboration du futur PCAET métropolitain ; projets de recherches ; boîtes à outils destinées à aider les collectivités ; entretiens avec des personnes ressources.

Air temperatures measured by the MUSTARDijon network are analyzed during the summer 2018 (July 24 - August 8) heat wave. The WUDAPT method is applied to Dijon to identify Local Climate Zones (LCZs). Diurnal rhythms and nighttime mean temperatures are analyzed according to LCZs as well as to altitude and distance to the city center. During warm nights, altitude plays a negligible role. The temperatures depend to the distance of the city center. They are also associated to the anthropization summarized by the LCZs. Form of the building and vegetation are the two keys to understand and modulate the night temperatures which have the greatest impact on human health during heat waves., Les températures de l’air mesurées par le réseau MUSTARDijon sont analysées lors de la canicule de l’été 2018 (24 juillet - 8 août). La méthode WUDAPT est appliquée à l’agglomération de Dijon afin d’identifier les Local Climate Zones (LCZs). Les rythmes diurnes et les moyennes nocturnes des températures sont analysés selon les LCZs ainsi qu’en fonction de l’altitude et de la distance au centre-ville. Lors des nuits caniculaires, l’altitude joue un rôle négligeable. Les températures dépendent de la distance au centre-ville. Elles sont également associées au type d’anthropisation résumé par les LCZs. Forme du bâti et végétation sont les deux clés permettant de comprendre et de moduler les températures nocturnes, celles qui impactent le plus la santé humaine lors des canicules.

This document presents my research activities, started more than 10 years ago, and related to hydrological modeling. Over the years, my research topics have evolved while remaining focused on the interaction between climatic hazards and anthropogenic systems. These works have all questioned the risks induced by meteorological variations (precipitation and its absence, temperature), on the way in which the hydrological processes involved can evolve, and on the means to be implemented to prevent or attenuate their consequences. These activities are presented here around three themes:• Flood forecasting in a flash flood context: improve the anticipation of flash floods through instrumentation (radar observations and rainfall forecasts) and rain-flow modeling in a crisis management context,• Hydrological impact of climate change: study to what extent climate change could intensify environmental risks (quantity of water resources, frequency of floods),• Impact of blue and green infrastructures in urban areas: analyze and model the effects of structures such as green roofs on the management of rainwater and urban cooling., Ce document présente mes activités de recherche, débutées il y a plus 10 ans, ayant pour cœur la modélisation hydrologique. Au fil des années, mes sujets de recherche ont évolué tout en restant focalisés sur l’interaction entre les aléas climatiques et les systèmes anthropiques. Ces travaux se sont tous interrogés sur les risques induits par les variations météorologiques (les précipitations et leurs absences, la température), sur la manière dont les processus hydrologiques mis en jeu peuvent évoluer, et sur les moyens à mettre en œuvre pour prévenir ou atténuer leurs conséquences. Ces activités sont présentées ici autour de trois thématiques :•Prévision des inondations dans un contexte de crue éclair : améliorer l’anticipation des crues soudaines par l’instrumentation (observations et prévisions pluviométriques radar) et la modélisation pluie-débit dans un contexte de gestion de crise,•Impact hydrologique du changement climatique : étudier dans quelle mesure le changement climatique pourrait intensifier les risques environnementaux (quantité de la ressource en eau, fréquence des inondations),•Impact des infrastructures bleues et vertes en milieu urbain : analyser et modéliser les effets des structures de type toitures végétalisées sur la gestion des eaux pluviales et le rafraîchissement urbain.

The urban heat island phenomenon causes thermal discomfort to residents. lmproving the microclimate in urban areas is therefore one of the concerns of urban plan ners. The greening of cities (with lawns, trees, green roofs, etc.) is a promising solution, as the transpiration of plants and the shadows of trees have a significant impact on the thermal balance of the surrounding atmosphere. This act must be planned to optimize the benefits of vegetation. A key challenge today is thus the development of a microclimatic simulation model capable of reproducing the climatic conditions of a street, or even a vegetated urban neighborhood, with the aim of proposinga decision support tool for the development of sustainable cities. The aim of this thesis is to study how to consider vegetation and especially trees, in a 30 microclimatic model to simulate the microclimate of a neighborhood. Two models, LASER/F and RATP were applied at the scale of a tree and an urban park to carry out this study.; Le phénomène d'îlot de chaleur urbain engendre de l'inconfort thermique auprès des habitants. Améliorer le microclimat en zone urbaine est donc l'une des préoccupations des aménageurs. La végétalisation des villes s'avère une solution prometteuse, car l'évapotranspiration des plantes etles ombres portées des arbres ont un impact significatif sur le bilan thermique de l'atmosphère alentour. Un défi majeur aujourd'hui est le développement d'un modèle de simulation microclimatique capable de reproduire les conditions climatiques d'une rue, voire d'un quartier urbain végétalisé, dans l'objectif de proposer un outil d'aide à la décision pour l'aménagement des villes durables. L'objectif de cette thèse est d'étudier comment prendre en compte la végétation et plus particulièrement les arbres, dans un modèle microclimatique 30 afin de simuler le microclimat d'un quartier. Deux modèles, LASER/F et RATP sont appliqués à l'échelle d'un arbre et d'un parc urbain pour mener à bien cette étude.

The urban heat island "UHI" phenomenon, frequently detected in cities with high urban density, leads to negative impacts especially on outdoor thermal comfort and buildings energy consumption. Accordingly, it is important to integrate mitigation measures into the design of projects and urban spaces. This thesis aims to study the effects of different UHI limitation strategies on microclimatic parameters in Mediterranean climate. The case of study is a com pact district of the Lebanese city Beirut which is classified as an artificial territory. Little microclimatic researches have been done for the Lebanese case and there is a lack of codes and adaptation measures to mitigate the effect of UHI. Numerical simulations are realized using "ENVI-met" software, to identify the cooling potential of each proposed strategy. These strategies are based on increasing the albedo of urban surfaces and buildings facades and roofs, increasing green spaces and vegetation surfaces, as well as the implementation of water sources such as fountains and water sprays. The cooling loads for each mitigation strategy were evaluated by linking ENVI-met results to the “Hourly Analysis Program” software. This thesis presented the capacity of the proposed scenarios to modify the sensible and latent cooling loads. The pedestrian comfort is also studied by analyzing the index of comfort PET.; Le phénomène d’ilot de chaleur urbain « ICU » souvent observé dans les villes à forte densité urbaine, provoque des impacts négatifs surtout sur le confort thermique extérieur et sur la consommation énergétique des bâtiments. D’où l’importance d’intégrer des dispositifs d’atténuation de ce phénomène dans la conception des projets et des espaces urbains. Cette thèse vise à étudier les effets des différentes stratégies de limitation d’ICU sur les paramètres microclimatiques sous climat méditerranéen. Le cas étudié est un quartier compact de la ville libanaise Beyrouth qui est classifié comme un territoire artificialisé. Jusqu’à présent, peu de recherches microclimatiques ont été réalisées pour le cas Libanais et il y absence des codes et des mesures d’adaptation luttant contre l’ICU. Des simulations numériques sont réalisées à l’aide d’un outil microclimatique « ENVI-met », permettant d’identifier le potentiel rafraichissant de chaque stratégie proposée. Ces stratégies sont basées sur l’augmentation de l’albédo des revêtements du sol et de l’enveloppe des bâtiments, l’augmentation des espaces verts et des surfaces végétalisées, ainsi que sur la mise en place des sources d’eau comme les fontaines et les brumisateurs. Les charges de climatisation relatives à chaque mesure d’atténuation ont été évaluées à l’aide du couplage des données extraites avec ENVI-met avec le logiciel Hourly Analysis Program. Le travail de cette thèse a présenté la capacité des scenarios proposés à modifier les charges de climatisation sensibles ainsi que celles latentes. Le confort du piéton est aussi étudié en analysant l’indice de confort PET.

The urban heat island "UHI" phenomenon, frequently detected in cities with high urban density, leads to negative impacts especially on outdoor thermal comfort and buildings energy consumption. Accordingly, it is important to integrate mitigation measures into the design of projects and urban spaces. This thesis aims to study the effects of different UHI limitation strategies on microclimatic parameters in Mediterranean climate. The case of study is a com pact district of the Lebanese city Beirut which is classified as an artificial territory. Little microclimatic researches have been done for the Lebanese case and there is a lack of codes and adaptation measures to mitigate the effect of UHI. Numerical simulations are realized using "ENVI-met" software, to identify the cooling potential of each proposed strategy. These strategies are based on increasing the albedo of urban surfaces and buildings facades and roofs, increasing green spaces and vegetation surfaces, as well as the implementation of water sources such as fountains and water sprays. The cooling loads for each mitigation strategy were evaluated by linking ENVI-met results to the “Hourly Analysis Program” software. This thesis presented the capacity of the proposed scenarios to modify the sensible and latent cooling loads. The pedestrian comfort is also studied by analyzing the index of comfort PET.; Le phénomène d’ilot de chaleur urbain « ICU » souvent observé dans les villes à forte densité urbaine, provoque des impacts négatifs surtout sur le confort thermique extérieur et sur la consommation énergétique des bâtiments. D’où l’importance d’intégrer des dispositifs d’atténuation de ce phénomène dans la conception des projets et des espaces urbains. Cette thèse vise à étudier les effets des différentes stratégies de limitation d’ICU sur les paramètres microclimatiques sous climat méditerranéen. Le cas étudié est un quartier compact de la ville libanaise Beyrouth qui est classifié comme un territoire artificialisé. Jusqu’à présent, peu de recherches microclimatiques ont été réalisées pour le cas Libanais et il y absence des codes et des mesures d’adaptation luttant contre l’ICU. Des simulations numériques sont réalisées à l’aide d’un outil microclimatique « ENVI-met », permettant d’identifier le potentiel rafraichissant de chaque stratégie proposée. Ces stratégies sont basées sur l’augmentation de l’albédo des revêtements du sol et de l’enveloppe des bâtiments, l’augmentation des espaces verts et des surfaces végétalisées, ainsi que sur la mise en place des sources d’eau comme les fontaines et les brumisateurs. Les charges de climatisation relatives à chaque mesure d’atténuation ont été évaluées à l’aide du couplage des données extraites avec ENVI-met avec le logiciel Hourly Analysis Program. Le travail de cette thèse a présenté la capacité des scenarios proposés à modifier les charges de climatisation sensibles ainsi que celles latentes. Le confort du piéton est aussi étudié en analysant l’indice de confort PET.

The urban heat island phenomenon causes thermal discomfort to residents. lmproving the microclimate in urban areas is therefore one of the concerns of urban plan ners. The greening of cities (with lawns, trees, green roofs, etc.) is a promising solution, as the transpiration of plants and the shadows of trees have a significant impact on the thermal balance of the surrounding atmosphere. This act must be planned to optimize the benefits of vegetation. A key challenge today is thus the development of a microclimatic simulation model capable of reproducing the climatic conditions of a street, or even a vegetated urban neighborhood, with the aim of proposinga decision support tool for the development of sustainable cities. The aim of this thesis is to study how to consider vegetation and especially trees, in a 30 microclimatic model to simulate the microclimate of a neighborhood. Two models, LASER/F and RATP were applied at the scale of a tree and an urban park to carry out this study., Le phénomène d'îlot de chaleur urbain engendre de l'inconfort thermique auprès des habitants. Améliorer le microclimat en zone urbaine est donc l'une des préoccupations des aménageurs. La végétalisation des villes s'avère une solution prometteuse, car l'évapotranspiration des plantes etles ombres portées des arbres ont un impact significatif sur le bilan thermique de l'atmosphère alentour. Un défi majeur aujourd'hui est le développement d'un modèle de simulation microclimatique capable de reproduire les conditions climatiques d'une rue, voire d'un quartier urbain végétalisé, dans l'objectif de proposer un outil d'aide à la décision pour l'aménagement des villes durables. L'objectif de cette thèse est d'étudier comment prendre en compte la végétation et plus particulièrement les arbres, dans un modèle microclimatique 30 afin de simuler le microclimat d'un quartier. Deux modèles, LASER/F et RATP sont appliqués à l'échelle d'un arbre et d'un parc urbain pour mener à bien cette étude.

Greenhouse gas emissions generated by cities play a major role in climate change at a global scale. But cities can also influence the climate at the local and regional scales as they reflect an alteration of land-use that modifies the thermodynamic exchanges between the surface and the atmosphere.Impact studies in urban areas focus mainly on the effects of climate change on the local climate of cities (and more broadly on a range of environmental dimensions) using approaches that do not account for the feedback with the atmosphere. The high horizontal resolutions reached by regional climate models make it relevant to include explicit modeling of cities to address city/climate interactions.Coupling the ALADIN regional climate model ALADIN (12 km horizontal resolution) with the SURFEX modeling platform integrating the model of urban canopy TEB allows to evaluate the impact of the urbanization at the regional scale. Sensitivity analyses that compare different urban canopy modeling shows that cities significantly modify the near-surface air temperature. The largest French cities induce a warming day and night, which extends beyond the limits of the city and affects the environment on a regional scale. Comparison of the simulations with long-term time series of observations on the Paris region reveals that the explicit modeling of urban processes with TEB improve the daily dynamics of the urban heat island and its nocturnal intensity compare to the conventional approach of climate models that describes cities as rock.The activation of TEB in the ALADIN model thus makes it possible to represent the impact of cities on the regional climate. Nevertheless, impact studies of climate change on cities require a further downscalling. A simulation was carried out with the AROME model coupled with SURFEX (TEB) at 2.5 km and 1.3 km resolution on the agglomeration of Toulouse for the period covering the CAPITOUL experimental campaign (2004-2005). The benefits of urban parametrization are confirmed. The tests carried out on the different versions of TEB highlight the high sensitivity of the model’s performance to the quality of the AROME atmospheric simulations and the accuracy of the surface description. For these resolutions and with the current databases, the most detail parametrization of TEB (turbulent exchanges in the urban canopy, building energy budget, explicit vegetation) do not seem relevant compared to the historical version.New develompents could thus benefits to the AROME-Climat configuration with SURFEX (TEB). In particular, The physics and dynamics of the atmospheric model as well as the accuracy of the databases could be improved. At the same time, various downscalling methods at very high resolution on the cities are envisaged to enhance the spatial resolution needed by the impact studies.; Les villes jouent un rôle majeur dans le changement climatique à l’échelle globale au travers des émissions de gaz à effet de serre qu’elles génèrent. Mais elles peuvent aussi influencer le climat aux échelles locale et régionale car elles traduisent une altération des modes d’occupation des sols qui modifie les échanges thermodynamiques entre la surface et l’atmosphère.Les études d’impacts en milieu urbain se concentrent principalement sur les effets du changement climatique sur le climat local des villes (et plus largement, sur un ensemble de dimensions environnementales) selon des approches ne tenant pas compte des rétroactions potentielles. Les hautes résolutions horizontales atteintes aujourd’hui par les modèles de climat régionaux rendent légitime et pertinent d’inclure une modélisation explicite des villes dans ces modèles pour traiter les interactions ville/climat.Le couplage du modèle de climat régional ALADIN à 12 km de résolution avec la plateforme de modélisation des surfaces continentales SURFEX intégrant le modèle de canopée urbaine TEB permet d’évaluer l’impact de l’urbanisation à l’échelle régionale. L’analyse de sensibilité comparant différentes approches de modélisation des zones urbaines montre que les villes modifient significativement la température de l’air proche de la surface. Les plus grandes agglomérations françaises induisent un réchauffement le jour et la nuit, qui s’étend au-delà des limites de la ville et affecte l’environnement à l’échelle régionale. La comparaison des simulations à de longues séries d’observation sur la région parisienne révèle que la modélisation explicite des processus urbains avec TEB reproduit mieux la dynamique journalière de l’îlot de chaleur urbain et son intensité en phase nocturne que l’approche conventionnelle des modèles de climat décrivant les villes comme de la roche.L’activation de TEB dans le modèle ALADIN permet donc de mieux représenter l’impact des villes sur les climat régional. Néanmoins, les études d’impacts du changement climatique sur les villes nécessitent une descente d’échelle complémentaire. Une simulation a été réalisée avec le modèle AROME couplé à SURFEX(TEB) à 2.5 km puis 1.3 km de résolution sur l’agglomération toulousaine pour la période couvrant la campagne expérimentale CAPITOUL (2004-2005). Les bénéfices de la paramétrisation urbaine sont confirmés à ces échelles. Les tests de sensibilité réalisés sur les différentes versions de TEB mettent en lumière la forte sensibilité des performances du modèle à la qualité des simulations atmosphériques AROME et à la précision des données de surface. Pour ces résolutions et avec les bases de données actuelles, les paramétrisations les plus sophistiquées de TEB (échanges turbulents dans la canopée urbaine, énergétique du bâtiment, végétation explicite) n’apportent pas d’amélioration par rapport à la version historique voire dégradent les résultats.Il reste donc des voies d’amélioration à explorer pour la configuration AROME-Climat avec SURFEX(TEB), aussi bien sur la physique et la dynamique du modèle atmosphérique que sur la qualité des bases de données. En parallèle, différentes méthodes de descente d’échelle à très haute résolution sur les villes sont envisagées pour raffiner encore les études d’impacts.

Greenhouse gas emissions generated by cities play a major role in climate change at a global scale. But cities can also influence the climate at the local and regional scales as they reflect an alteration of land-use that modifies the thermodynamic exchanges between the surface and the atmosphere. Impact studies in urban areas focus mainly on the effects of climate change on the local climate of cities (and more broadly on a range of environmental dimensions) using approaches that do not account for the feedback with the atmosphere. The high horizontal resolutions reached by regional climate models make it relevant to include explicit modeling of cities to address city/climate interactions. Coupling the ALADIN regional climate model ALADIN (12 km horizontal resolution) with the SURFEX modeling platform integrating the model of urban canopy TEB allows to evaluate the impact of the urbanization at the regional scale. Sensitivity analyses that compare different urban canopy modeling shows that cities significantly modify the near-surface air temperature. The largest French cities induce a warming day and night, which extends beyond the limits of the city and affects the environment on a regional scale. Comparison of the simulations with long-term time series of observations on the Paris region reveals that the explicit modeling of urban processes with TEB improve the daily dynamics of the urban heat island and its nocturnal intensity compare to the conventional approach of climate models that describes cities as rock. The activation of TEB in the ALADIN model thus makes it possible to represent the impact of cities on the regional climate. Nevertheless, impact studies of climate change on cities require a further downscalling. A simulation was carried out with the AROME model coupled with SURFEX (TEB) at 2.5 km and 1.3 km resolution on the agglomeration of Toulouse for the period covering the CAPITOUL experimental campaign (2004-2005). The benefits of urban parametrization are confirmed. The tests carried out on the different versions of TEB highlight the high sensitivity of the model's performance to the quality of the AROME atmospheric simulations and the accuracy of the surface description. For these resolutions and with the current databases, the most detail parametrization of TEB (turbulent exchanges in the urban canopy, building energy budget, explicit vegetation) do not seem relevant compared to the historical version. New develompents could thus benefits to the AROME-Climat configuration with SURFEX (TEB). In particular, The physics and dynamics of the atmospheric model as well as the accuracy of the databases could be improved. At the same time, various downscalling methods at very high resolution on the cities are envisaged to enhance the spatial resolution needed by the impact studies.; Les villes jouent un rôle majeur dans le changement climatique à l'échelle globale au travers des émissions de gaz à effet de serre qu'elles génèrent. Mais elles peuvent aussi influencer le climat aux échelles locale et régionale car elles traduisent une altération des modes d'occupation des sols qui modifie les échanges thermodynamiques entre la surface et l'atmosphère. Les études d'impacts en milieu urbain se concentrent principalement sur les effets du changement climatique sur le climat local des villes (et plus largement, sur un ensemble de dimensions environnementales) selon des approches ne tenant pas compte des rétroactions potentielles. Les hautes résolutions horizontales atteintes aujourd'hui par les modèles de climat régionaux rendent légitime et pertinent d'inclure une modélisation explicite des villes dans ces modèles pour traiter les interactions ville/climat. Le couplage du modèle de climat régional ALADIN à 12 km de résolution avec la plateforme de modélisation des surfaces continentales SURFEX intégrant le modèle de canopée urbaine TEB permet d'évaluer l'impact de l'urbanisation à l'échelle régionale. L'analyse de sensibilité comparant différentes approches de modélisation des zones urbaines montre que les villes modifient significativement la température de l'air proche de la surface. Les plus grandes agglomérations françaises induisent un réchauffement le jour et la nuit, qui s'étend au-delà des limites de la ville et affecte l'environnement à l'échelle régionale. La comparaison des simulations à de longues séries d'observation sur la région parisienne révèle que la modélisation explicite des processus urbains avec TEB reproduit mieux la dynamique journalière de l'îlot de chaleur urbain et son intensité en phase nocturne que l'approche conventionnelle des modèles de climat décrivant les villes comme de la roche. L'activation de TEB dans le modèle ALADIN permet donc de mieux représenter l'impact des villes sur les climat régional. Néanmoins, les études d'impacts du changement climatique sur les villes nécessitent une descente d'échelle complémentaire. Une simulation a été réalisée avec le modèle AROME couplé à SURFEX(TEB) à 2.5 km puis 1.3 km de résolution sur l'agglomération toulousaine pour la période couvrant la campagne expérimentale CAPITOUL (2004-2005). Les bénéfices de la paramétrisation urbaine sont confirmés à ces échelles. Les tests de sensibilité réalisés sur les différentes versions de TEB mettent en lumière la forte sensibilité des performances du modèle à la qualité des simulations atmosphériques AROME et à la précision des données de surface. Pour ces résolutions et avec les bases de données actuelles, les paramétrisations les plus sophistiquées de TEB (échanges turbulents dans la canopée urbaine, énergétique du bâtiment, végétation explicite) n'apportent pas d'amélioration par rapport à la version historique voire dégradent les résultats. Il reste donc des voies d'amélioration à explorer pour la configuration AROME-Climat avec SURFEX(TEB), aussi bien sur la physique et la dynamique du modèle atmosphérique que sur la qualité des bases de données. En parallèle, différentes méthodes de descente d'échelle à très haute résolution sur les villes sont envisagées pour raffiner encore les études d'impacts.

In this century, the world has already witnessed the biggest increasein its population in human history, which led to the increase of theuse of the land and shrinking green areas. The main concern of thepresent thesis is the city which is characterized by higher nighttimetemperature compared to rural areas. This phenomenon is known asan urban heat island (UHI). UHI leads to degraded comfortconditions both outdoor and indoor, and as a result, higher energyconsumption for cooling.One of the main reasons for the UHI is the materials used forbuilding envelope and urban areas. Many attempts have been madeto avoid UHI by using a new type of materials such as usingmaterials with high solar reflectance. In addition, these types ofmaterials help minimize energy consumption if used on an urbanscale. In our research, we address the building envelope designwith respect to its main types of construction materials as well as itslayer design and its shape to mitigate the urban heat island andachieve energy consumption reduction. The work is applied on oneof the important residential complexes in Mosul city – Iraq, which willbe constructed in many cities in Iraq. The weather of the Mosul cityis characterized by hot semi-arid climate. In summer, the climate isdry and extremely hot, whereas it is very cold and the temperaturesare down to below zero in winter. The main objective of this researchis to propose an appropriate building envelope design and designstrategy which provides high thermal performance regarding theexterior and interior surface temperature, high-level of indoor thermalcomfort with minimum energy needed, reduce the air temperaturedifference between the city and its surrounding rural area. It tacklessome important questions that are related to the case study: What isthe relation between the building envelope design and the followingaspects: 1. The external surfaces temperature of buildings andurban surfaces which lead to raise the air temperature, and finallycontribute to the UHI phenomenon, 2. The indoor surfacestemperature of buildings which influence the indoor thermal comfortand the energy needed to maintain this level of comfort?To answer the research questions, simulations have been achievedby using Solene-microclimat. From simulation results, it is shownthat it is possible to find different combinations of materials, formsand surface coatings to both to reduce the interior and exteriorsurfaces temperature and consequently, maintain indoor andoutdoor thermal comfort. We also show that the strategy can bedifferent depending on the surface exposure to the sun and theinteraction between surfaces. We propose a methodology to find thebest combination depending on the case study.; Dans notre siècle, le monde a déjà connu la plus grandeaugmentation de sa population à travers l'histoire de l'humanité. Cephénomène conduit à une utilisation accrue de la terre agricole pourl’urbanisation et à réduire les zones vertes en ville. Les villesconnaissent des températures plus élevées la nuit que les zonesrurales environnantes. Ce phénomène est connu sous le nom d'îlotde chaleur urbain (ICU). Il contribue à la dégradation du confortthermique en ville à l’éxtérieur et dans les bâtiments et àl’augmentation des consommations énergétiques pour lerefraichissement. L'une des principales raisons de ICU est liée auxmatériaux de construction pour la construction l'enveloppe desbâtiments et pour les surfaces urbaines. De nombreuses étudesportent sur le développement des revêtements pour réduire l’ICU.Cette thèse traite de la conception de l'enveloppe du bâtiment, etprincipalement ses types de matériaux de construction et sa formepour lutter contre l'îlot de la chaleur urbain et réduire laconsommation d'énergie des bâtiment. Elle est appliquée à l'un desprincipaux complexes résidentiels à Mossoul, qui sera construit dansde nombreuses villes en Irak. La ville de Mossoul se caractérise parun climat semi-aride et chaud. En été, il est sec et extrêmementchaud, tandis qu’en hiver il fait très froid et les températures sont audessous de zéro. L'objectif principal de cette recherche est montrerqu’une conception d’enveloppe du bâtiment appropriée permetd’atteindre de bonnes performances thermiques à l'égard de latempérature extérieure et intérieure de la surface Cette rechercheaborde les questions suivantes, quel est le lien entre la conceptionde l’enveloppe bâtie et : 1/ la température des surfaces extérieuresdes bâtiments et des surfaces urbaines qui entraîne l’augmentationde la température de l'air et donc la formation du phénomène d’ICU,2/ la température des surfaces intérieures des bâtiments quiinfluence le confort thermique intérieur et la quantité d'énergienécessaire pour maintenir ce niveau de confort? Pour répondre, dessimulations ont été réalisées en utilisant solene-microclimate.D'après les résultats des simulations, il est démontré qu’il estpossible d’établir des combinaisons de matériaux, formes desurfaces et al.bédo permettant d’améliorer à la fois les conditions deconfort thermique intérieures et extérieures. Ces combinaisonspeuvent différer en fonction de l’exposition solaire des surfaces et deleurs interactions. Nous proposons ainsi une méthodologie deconception adaptée aux phases de conception et qui a étéappliquée au cas d’étude.

In this century, the world has already witnessed the biggest increasein its population in human history, which led to the increase of theuse of the land and shrinking green areas. The main concern of thepresent thesis is the city which is characterized by higher nighttimetemperature compared to rural areas. This phenomenon is known asan urban heat island (UHI). UHI leads to degraded comfortconditions both outdoor and indoor, and as a result, higher energyconsumption for cooling.One of the main reasons for the UHI is the materials used forbuilding envelope and urban areas. Many attempts have been madeto avoid UHI by using a new type of materials such as usingmaterials with high solar reflectance. In addition, these types ofmaterials help minimize energy consumption if used on an urbanscale. In our research, we address the building envelope designwith respect to its main types of construction materials as well as itslayer design and its shape to mitigate the urban heat island andachieve energy consumption reduction. The work is applied on oneof the important residential complexes in Mosul city – Iraq, which willbe constructed in many cities in Iraq. The weather of the Mosul cityis characterized by hot semi-arid climate. In summer, the climate isdry and extremely hot, whereas it is very cold and the temperaturesare down to below zero in winter. The main objective of this researchis to propose an appropriate building envelope design and designstrategy which provides high thermal performance regarding theexterior and interior surface temperature, high-level of indoor thermalcomfort with minimum energy needed, reduce the air temperaturedifference between the city and its surrounding rural area. It tacklessome important questions that are related to the case study: What isthe relation between the building envelope design and the followingaspects: 1. The external surfaces temperature of buildings andurban surfaces which lead to raise the air temperature, and finallycontribute to the UHI phenomenon, 2. The indoor surfacestemperature of buildings which influence the indoor thermal comfortand the energy needed to maintain this level of comfort?To answer the research questions, simulations have been achievedby using Solene-microclimat. From simulation results, it is shownthat it is possible to find different combinations of materials, formsand surface coatings to both to reduce the interior and exteriorsurfaces temperature and consequently, maintain indoor andoutdoor thermal comfort. We also show that the strategy can bedifferent depending on the surface exposure to the sun and theinteraction between surfaces. We propose a methodology to find thebest combination depending on the case study.; Dans notre siècle, le monde a déjà connu la plus grandeaugmentation de sa population à travers l'histoire de l'humanité. Cephénomène conduit à une utilisation accrue de la terre agricole pourl’urbanisation et à réduire les zones vertes en ville. Les villesconnaissent des températures plus élevées la nuit que les zonesrurales environnantes. Ce phénomène est connu sous le nom d'îlotde chaleur urbain (ICU). Il contribue à la dégradation du confortthermique en ville à l’éxtérieur et dans les bâtiments et àl’augmentation des consommations énergétiques pour lerefraichissement. L'une des principales raisons de ICU est liée auxmatériaux de construction pour la construction l'enveloppe desbâtiments et pour les surfaces urbaines. De nombreuses étudesportent sur le développement des revêtements pour réduire l’ICU.Cette thèse traite de la conception de l'enveloppe du bâtiment, etprincipalement ses types de matériaux de construction et sa formepour lutter contre l'îlot de la chaleur urbain et réduire laconsommation d'énergie des bâtiment. Elle est appliquée à l'un desprincipaux complexes résidentiels à Mossoul, qui sera construit dansde nombreuses villes en Irak. La ville de Mossoul se caractérise parun climat semi-aride et chaud. En été, il est sec et extrêmementchaud, tandis qu’en hiver il fait très froid et les températures sont audessous de zéro. L'objectif principal de cette recherche est montrerqu’une conception d’enveloppe du bâtiment appropriée permetd’atteindre de bonnes performances thermiques à l'égard de latempérature extérieure et intérieure de la surface Cette rechercheaborde les questions suivantes, quel est le lien entre la conceptionde l’enveloppe bâtie et : 1/ la température des surfaces extérieuresdes bâtiments et des surfaces urbaines qui entraîne l’augmentationde la température de l'air et donc la formation du phénomène d’ICU,2/ la température des surfaces intérieures des bâtiments quiinfluence le confort thermique intérieur et la quantité d'énergienécessaire pour maintenir ce niveau de confort? Pour répondre, dessimulations ont été réalisées en utilisant solene-microclimate.D'après les résultats des simulations, il est démontré qu’il estpossible d’établir des combinaisons de matériaux, formes desurfaces et al.bédo permettant d’améliorer à la fois les conditions deconfort thermique intérieures et extérieures. Ces combinaisonspeuvent différer en fonction de l’exposition solaire des surfaces et deleurs interactions. Nous proposons ainsi une méthodologie deconception adaptée aux phases de conception et qui a étéappliquée au cas d’étude.

Vegetation influences the urban climate, from road to city scale. Street trees implementation is an alternative technic to reduce the urban heat island and to improve the thermal comfort. They modify the radiative and energetic balances by intercepting and absorbing a part of the solar radiation, provide shade, increase the humidity with evapotranspiration, and alter the air flow in the urban canyons. The TEB model is one the rare urban climate models taking into account vegetation. It integrates parameterizations dedicated to low vegetation and green roofs. It can represent the small-scale interactions between mineral surfaces, vegetation and the atmosphere. During this PhD thesis, a parameterization has been developed to model the radiative, energetic and dynamical effects of street and garden trees in urban spaces. An explicit tree canopy has been integrated into the urban canyon, above gardens but also streets. The ISBA vegetation scheme has been used, and included in TEB, to represent these vegetated entities (both low and high strata). The radiative computations of the TEB model have been improved in order to represent the shading and attenuation of radiation due to trees, as well as all the infra-red interactions between the urban elements. An evaluation of the radiative budget has been done thanks to a comparison with the high- resolution architectural model SOLENE, using numerous different urban canyons with several layouts of tree canopies. Then, the energy fluxes computed by ISBA have been dis- aggregated between contributions from high and low vegetation. Fluxes allocated to the trees have been redistributed on the vertical in order to alter the microclimate at realistic height, i.e. respecting the position of the tree crown. A specific drag force of trees on the airflow is simulated. An evaluation has been done on a real experimental site in a canyon-like courtyard with trees where several microclimatic data were collected. The results show an impressive improvement of the surface temperatures of walls and ground, air temperature and wind speed. In the future, these implementations will allow to simulate more realistically several adaptation strategies using greening at city scale, and to evaluate their efficiency in terms of urban heat island mitigation, improvement of human comfort and building energy consumption.; La végétation influence le climat urbain de l'échelle de la rue à l'échelle de la ville. Les arbres de rue, en particulier, constituent une technique alternative à l'atténuation de l'îlot de chaleur urbain et à l'amélioration du confort thermique. Ils modifient les bilans radiatif et énergétique en interceptant et absorbant une partie du rayonnement solaire incident, créent de l'ombre, augmentent l'humidité relative de l'air par évapotranspiration et modifient également les écoulements d'air dans le canyon urbain. Le modèle TEB est un des rares modèles de climat urbain prenant en compte la végétation. Il intègre des paramétrisations dédiées à la végétation basse dans les canyons urbains et aux toitures végétalisées, et peut représenter les interactions de petite échelle entre les surfaces minéralisées, la végétation et l'atmosphère. Dans le cadre de cette thèse, une paramétrisation a été implémentée dans TEB pour modéliser les aspects radiatifs, énergétiques et aérauliques liés à la présence d'arbres de rue dans l'espace urbain. Une canopée arborée explicite a été intégrée dans le canyon urbain au-dessus de la chaussée et des jardins. Le modèle ISBA est utilisé pour représenter les strates haute et basse de la végétation. Les calculs radiatifs du modèle TEB ont été modifiés afin de prendre en compte les effets d'ombrage et d'atténuation du rayonnement solaire et IR liés à la présence de cette canopée, et les interactions IR entre l'ensemble des éléments urbains du canyon. Une évaluation du bilan radiatif a été réalisée grâce à une comparaison avec le modèle architectural d'ensoleillement à haute résolution SOLENE, sur la base de simulations de canyons urbains idéalisés et pour différentes configurations d'arbres de rue. Les flux d'énergie calculés par ISBA selon l'approche \textit{big leaf} ont ensuite été désagrégés entre les contributions de la végétation haute et basse. Les flux des arbres ont été redistribués sur la verticale de façon à modifier le microclimat à hauteur réaliste vis-à-vis de la position de la canopée arborée. Un effet de traînée lié à la présence de la canopée arborée a été intégré dans les équations de quantité de mouvement et d'énergie cinétique turbulente résolues par la paramétrisation de couche limite de surface de TEB pour le volume d'air au sein du canyon. Une évaluation en cas réel de cette nouvelle version du modèle a été conduite sur un site expérimental, à savoir une cour semi-fermée aménagée avec des arbres et où ont été collectées différentes variables microclimatiques. Les résultats montrent des améliorations considérables quant à la modélisation des températures de surface des murs et du sol, de la température de l'air sous la canopée arborée, et de la vitesse du vent. Ces implémentations visent à simuler de façon plus réaliste différentes stratégies d'adaptation par la végétalisation et d'évaluer leurs performances sur l'atténuation de l'îlot de chaleur urbain, le confort thermique, et la consommation d'énergie des bâtiments.