Les changements climatiques causés par les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique occasionneront des épisodes de canicule de plus en plus fréquents en milieu urbain au Québec. Or, ces épisodes représentent un grave problème de santé publique puisqu’ils entraînent davantage de soins hospitaliers et de décès prématurés, notamment au sein des plus vulnérables. La hausse constante de la température (observée et projetée) ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, accentueront vraisemblablement un problème déjà connu : les îlots de chaleur urbains. Il devient donc urgent d’adopter de bonnes pratiques en matière d’aménagement du territoire, visant la diminution des effets des îlots de chaleur. C’est dans ce contexte que Nature Québec, dans le cadre de son projet Milieux de vie en santé, a confié au CERFO la réalisation de la cartographie des îlots de chaleur et de fraîcheur pour le territoire de la Communauté métropolitaine de Québec.
îlots de fraîcheur
La cartographie des îlots de chaleur et de fraîcheur en milieu urbain.
Depuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements climatiques à l’échelle mondiale. La hausse constante de la température ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, sont d’avantages accentuées en milieu urbain, créant alors un problème affectant sérieusement les citoyens : l’effet des îlots de chaleur urbains.
Article paru dans la revue Géomatique – Volume 42 – Numéro 3 – Automne 2015.
Calcul d’un indice de canopée pour le territoire de la Ville de Québec – Rapport méthodologique – Version finale
Les arbres jouent des rôles très importants en milieu urbain. En effet, ils rendent de nombreux services écologiques, sociaux et économiques, notamment en diminuant la température ambiante des villes, en contribuant au maintien de la biodiversité, et même en augmentant la valeur foncière des propriétés. Dans ce contexte, de plus en plus de villes ont le souci d’améliorer la qualité de vie de leurs citoyens, par la mise en place de mesures visant à augmenter la couverture arborescente sur leur territoire.
La ville de Québec en fait partie et a décidé de se doter d’un indice de la canopée permettant de mesurer l’état de la couverture arborescente, de manière à faire un suivi dans le temps. La canopée se définit comme la projection au sol de la cime (couronne) des arbres (incluant les feuilles, les branches et le tronc), qui est visible du ciel. Un tel indice constitue en effet un outil permettant d’évaluer l’étendue de la couverture arborescente sur un territoire donné, de prioriser les secteurs de plantation où le couvert arborescent est jugé insuffisant, mais aussi de suivre son évolution dans le temps et de quantifier les efforts déployés pour le maintien et la bonification du couvert arborescent.
Parmi les objectifs poursuivis par la Ville, la méthode retenue devait être fiable et reproductible dans le temps. Cette méthode développée pour réaliser la cartographie de la canopée sur le territoire de la ville de Québec repose sur la classification d’une mosaïque d’images selon l’approche orientée-objet, à l’aide du logiciel spécialisé eCognition. La mosaïque utilisée relève d’images prises en 2011, et était composée de trois bandes spectrales dans le visible (RVB).
La méthode utilisée s’est avérée satisfaisante. En effet, il a été possible, grâce à l’approche de classification orientée-objet, et en utilisant une vingtaine d’indices spectraux et spatiaux, de produire une cartographie de la canopée avec une précision globale très élevée, variant de 89,0 % à 97 % selon la méthode utilisée. Pour une cartographie en milieu urbain, il est habituellement admis qu’une précision d’au moins 85 % est satisfaisante.
La valeur moyenne de l’indice de la canopée pour le territoire de la ville de Québec à l’intérieur du périmètre urbain se situe entre 29,2 % et 30,0 %, selon que l’on inclut ou non la présence des plans d’eau. Pour l’ensemble du territoire de la ville, incluant la couronne forestière, l’indice varie entre 49,8 % et 51,4 % selon que l’on inclut ou non la présence des plans d’eau. En tenant compte du périmètre urbain des arrondissements, La Cité-Limoilou possède les valeurs les plus faibles (19,8-20,7 %) et celui de La Haute-Saint-Charles, les plus élevées (36,8-40,0 %). La Ville dispose donc maintenant d’une valeur de référence en date de 2011, qui lui permettra de suivre l’évolution de cet indice dans le temps et d’identifier les secteurs de la ville de Québec faisant l’objet de modifications de la canopée. En effet, depuis 2011, plusieurs changements ont eu lieu sur le territoire, qui pourraient avoir amputé une portion non négligeable de la canopée et ceux-ci ne sont actuellement pas comptabilisé dans la présente étude.
Certaines limites de la cartographie du couvert arborescent ont été entrevues, pouvant entraîner des confusions possibles entre certains types de végétation basse (herbe haute, arbustes, etc.) et des éléments anthropiques ayant une texture et une couleur semblables aux arbres. Deux principales pistes d’amélioration sont proposées, qui permettraient vraisemblablement de réduire ces confusions et de simplifier le caractère reproductible de la méthode en diminuant le nombre d’indices à utiliser : (1) l’ajout de la bande du proche.
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Identification et localisation des îlots de chaleur et de fraîcheur pour tout le Québec urbain. CERFO. Technote 2013-01.
Depuis quelques décennies, on ne peut plus nier la réalité des changements climatiques à l’échelle mondiale. La hausse constante de la température (observée et projetée) ainsi que la présence de périodes de températures extrêmes, en particulier en été, accentueront vraisemblablement un problème déjà connu : l’effet des îlots de chaleur urbains. Il devient donc urgent de mettre en place des mesures pour lutter contre les effets nocifs de ces îlots de chaleur en milieu urbain et minimiser leurs impacts. Une gestion efficace de la végétation et de l’eau en milieu urbain, créant des zones de fraîcheur urbaines (ou îlots de fraîcheur), est l’une des principales solutions à ce problème. L’élaboration d’un outil permettant de localiser les îlots de chaleur et les îlots de fraîcheur, à une échelle relativement fine et pour tout le Québec urbain, devient très pertinente pour la lutte aux effets des îlots de chaleur, en plus d’être un appui à l’aménagement urbain axé sur la qualité de vie de ses habitants.
C’est dans ce contexte que l’Institut national de santé publique du Québec a confié au CERFO le mandat de développer un modèle de prédiction de la température de surface, dans le but d’identifier et de localiser les îlots de chaleur et de fraîcheur en milieu urbain.
Identification et caractérisation des îlots de fraîcheur urbains. CERFO. Rapport PART 2011A058 (2012-19). 33 pages + 1 annexe.
Selon l’Agence de la santé et des services sociaux de Montréal, des épisodes de chaleur accablante peuvent provoquer différents problèmes de santé, surtout chez les personnes âgées et les jeunes enfants âgés de 0 à 4 ans. Ces épisodes surviennent plus fréquemment en milieu urbain en raison de la présence d’îlots de chaleur et seront plus fréquents dans un contexte de changements climatiques [1].
Un îlot de chaleur urbain se définit comme une zone en milieu urbain où la différence de température de surface1 observée est supérieure à la température des zones rurales environnantes pour la même période. En effet, en milieu urbain, la densification de la population et l’urbanisation ont pour effet d’accroître la proportion de surfaces minéralisées (ex. : asphalte, béton, etc.) qui absorbent la chaleur aux dépends des surfaces végétalisées (espaces verts).
L’occupation du territoire et les matériaux qui le composent ont un impact direct sur la température de surface. Certains auteurs ont démontré que les températures des centres urbains peuvent atteindre jusqu’à 12°C de plus que celles des régions limitrophes [2]. Cependant, plusieurs études ont démontré qu’à mesure que le nombre d’arbres dans un secteur augmente, la température de l’air ambiant diminue plus rapidement [3] [4] [5] [6] [7]. La température maximale de l’air ambiant dans les milieux urbanisés peut être réduite d’environ 0,04 à 0,2°C par pourcentage additionnel de couverture arborée [8]. Cet intervalle de valeurs s’explique par le choix des essences d’arbres et leurs caractéristiques respectives (taille, densité du couvert, etc.). Il est possible d’atteindre une moyenne d’environ 1°C de réduction par 10 % de couverture arborescente jusqu’à concurrence d’environ 7°C [9] [10] [11] [12].
À l’échelle de l’arbre individuel, il est démontré que certains arbres situés à des endroits stratégiques peuvent avoir un rôle non négligeable sur le bilan thermique d’un secteur. Par exemple, l’ombre d’arbres individuels ou de petits groupes d’arbres sur des surfaces gazonnées permet de réduire la température maximale de l’air ambiant d’environ 0,7 à 1,3°C par rapport à des zones ouvertes [8]. De plus, certains scientifiques rapportent qu’un arbre mature (ex. : érable de 75 ans et de 30 cm de diamètre) transpirant 450 litres d’eau par jour a un effet refroidissant équivalant à celui de cinq climatiseurs fonctionnant 20 heures par jour [13] [14]. Grâce à ce processus, un arbre individuel crée, sous son ombre, une zone où la température peut être diminuée d’environ 0,7 à 1,3°C [15].
Depuis 2009, l’Institut national de Santé publique du Québec (INSPQ) [16] s’est penché sur la problématique des îlots de chaleur urbains afin de se prémunir d’un cadre d’intervention pour protéger les populations à risque lors de températures excessives (canicules). Pour ce faire, un portrait des principaux îlots de chaleur présents dans les centres urbanisés du Québec a été produit par le CERFO [17] pour l’INSPQ. Cet institut a produit une cartographie de ces îlots et la rend disponible sur le Web .
Cette carte permet aux décideurs d’orienter des plans d’action visant à réduire les risques pour la santé de la population vulnérable lors d’épisodes de chaleur accablante.
Or, la résolution spatiale de cette carte (20 mètres) ne permet pas de considérer le pouvoir rafraîchissant de certains arbres ou d’agglomérations d’arbres. Elle ne permet pas non plus d’identifier avec précision des zones végétalisées urbaines où la température se rapproche des zones rurales environnantes. Ces « îlots de fraîcheur » ne peuvent donc pas être localisés ni caractérisés afin de connaître leur contribution au rafraîchissement local.
Par ailleurs, une firme de consultants en design urbain et aménagement du territoire nous a indiqué que la conservation ou l’implantation d’îlots de fraîcheur fait dorénavant partie du coffre à outils des urbanistes. Il s’agit de prioriser la préservation des zones où la présence de végétation empêche la formation d’îlots de chaleur ou de végétaliser des zones près des îlots de chaleur afin d’en réduire les impacts. Il y a donc un besoin d’identifier les îlots de fraîcheur et de cibler les endroits favorables à l’implantation et au maintien de ceux-ci.
C’est dans ce contexte que le CERFO a réalisé, dans le cadre du programme PART, un projet conciliant la foresterie urbaine et la santé publique. Pour ce faire, une méthode a été développée pour identifier les îlots de fraîcheur par imagerie satellitaire, et ce, au mètre près. Les résultats de cette méthode permettront, entre autres, aux firmes spécialisées en aménagement du territoire, en urbanisme et en design urbain de disposer d’un outil plus détaillé pour identifier, protéger et implanter des îlots de fraîcheur en milieu urbain.
Bien que la carte des îlots de fraîcheur/chaleur ait été produite à l’échelle de 20 m [17], il n’y a, à notre connaissance, que très peu de travaux qui se sont attardés à identifier des îlots de fraîcheur à une échelle fine et à les caractériser en termes forestiers. Le caractère novateur du projet se retrouve donc dans le fait de fournir à des firmes de design urbain une méthode pour identifier des îlots de fraîcheur existants et les caractériser de manière forestière. Ces caractéristiques serviront à prioriser les boisés à conserver. Dans le cas de l’implantation d’un nouveau boisé, elles serviront de cibles à atteindre pour que le boisé serve d’îlot de fraîcheur.