Adaptation aux changements climatiques

L’habitabilité d’une planète dépend de la présence d’une atmosphère avec du CO₂ (dioxyde de carbone) produisant un effet de serre naturel (l'habitabilité dépend bien sûr de la présence d'eau). C’est le taux de concentration du CO₂ dans l’atmosphère qui va conditionner cette habitabilité en matière de température de surface de la planète, cela par le degré d’effet de serre en conjugaison avec la réflexion du rayonnement solaire par la planète (atmosphère + surface) vers l’espace, ce que l’on appelle l’albédo, ainsi que la distance entre la planète et le Soleil. Plus précisément, c’est le bilan radiatif de la planète au sommet de l’atmosphère : flux radiatif entrant (rayonnement solaire incident) moins flux radiatif sortant vers l’espace (réflexion solaire + rayonnement infrarouge thermique diminué ou pas par un effet de serre).

La Terre avec une atmosphère sans gaz à effet de serre (CO₂) conduirait à une température effective de la Terre de −18 °C pour un albédo de l’atmosphère et de la surface terrestre de 0,30. 

Vénus avec un albédo 0,75 mais un fort effet de serre (CO₂) présente une température moyenne à la surface +464 °C. Mars davantage éloigné du Soleil avec un albédo 0,25 et un faible effet de serre (CO₂) a une température moyenne à la surface de –65 °C. 

C’est ce subtil équilibre thermique naturel entre réflexion solaire et effet de serre (CO₂) qui conditionne l’habitabilité de la Terre, subtil équilibre thermique qui est attaqué depuis le début de l’ère industrielle (1750) par les émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine.

L’atmosphère est naturellement un petit réservoir de gaz à effet de serre naturels recevant une grande quantité de gaz à effet serre d’origine humaine depuis 1750 (56,8 Gigatonnes équivalent CO₂ émises en 2024) ce qui a conduit à une augmentation de la concentration de chaque gaz à effet de serre naturel et à la présence de nouveaux gaz à effet de serre.

En effet, l’atmosphère est naturellement constituée à 99 % de gaz non à effet de serre (gaz à molécule à deux atomes ou moins : azote, oxygène, argon…) et à 1 % de gaz à effet de serre (gaz à molécule à trois atomes ou plus qui interagissent avec le rayonnement infrarouge thermique terrestre : dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d’azote…) dont gaz à effet de serre persistants (hors H₂O) qui absorbent le rayonnement infrarouge thermique terrestre.

Le CO₂ (dioxyde de carbone) contribue à 66 % à l'effet de serre (forçage radiatif) des gaz à effet de serre persistants émis depuis 1750.

Par les émissions fortes et cumulatives de gaz à effet de serre anthropiques dans l’atmosphère (principalement dues à la consommation d’énergie fossile : pétrole, charbon et gaz, et changements d’occupation du sol) , nous sommes dans la réalité planétaire de changements climatiques d’origine humaine résultant d’un déséquilibre énergétique de la Terre qui conduit à l’accumulation de chaleur dans l’atmosphère, les océans et la surface terrestre.

En effet, les perturbations naturelles ne peuvent expliquer ces changements climatiques : éruptions volcaniques (aérosols réfléchissants), irradiation solaire dont le cycle de 11 ans varie de 0,1 % pouvant conduire à un changement de la température globale de 0,2 °C et variabilité interne du climat, par exemple les événements El Niño/La Niña. De plus, les variations orbitales de la Terre (forçage orbital) qui ne constituent pas un forçage radiatif s’inscrivent dans une échelle de temps du millier d’années dans un interglaciaire démarré il y a 11 700 ans dont le maximum d’irradiation solaire estivale dans l’hémisphère nord continue de diminuer.

Bien sûr, l’adaptation territoriale ne doit pas se substituer à l’atténuation des causes des changements climatiques (émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique dues à l’utilisation d’énergies fossiles), cela à toutes les échelles humaines et institutionnelles dont communales et intercommunales.

La vapeur d’eau joue un rôle crucial dans le fonctionnement du climat, en contribuant significativement à l’effet de serre. Contrairement aux gaz comme le dioxyde de carbone ou le méthane, la concentration de vapeur d’eau n’est pas directement influencée par les activités humaines. Néanmoins, à mesure que l’atmosphère se réchauffe, elle peut contenir plus de vapeur d’eau : environ 7 % de plus pour chaque degré Celsius supplémentaire. En d’autres termes, l’augmentation de la quantité de vapeur d’eau amplifie le réchauffement, on parle de la rétroaction de la vapeur d’eau.

Cette augmentation de la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère influence la répartition des précipitations dans le temps et l’espace, augmentant ainsi le risque d’épisodes de pluies extrêmes. Les données montrent une augmentation à l’échelle planétaire, notamment avec l’année 2024 qui a été une année particulièrement anormale avec une moyenne de quantité de vapeur d’eau sans précédent dans les relevés météorologiques.

La réalité territoriale est la prévision de phénomènes météorologiques extrêmes récurrents dont des vagues de chaleur et des pluies extrêmes auxquels les espaces humains aux différentes échelles spatiales devront s’adapter par leur robustesse.

Il s’agit ensuite de proposer une stratégie d’adaptation visant une adaptation incrémentale par ajustements successifs de cette robustesse suivie d’une adaptation transformatrice par une véritable réponse territoriale aux changements climatiques.

En Rhône-Alpes, on observe une augmentation de la fréquence et de la sévérité des vagues de chaleur. Les vagues de chaleur les plus sévères ont eu lieu après l’an 2000. En région Rhône-Alpes, la vague de chaleur de 2023 présente une plus forte intensité que celle de 2003.

Dans des stations météo en Rhône-Alpes des pluies extrêmes sont observées avec des pluviométries de plus de 100 mm en 24 heures.

La mise en œuvre d’une adaptation incrémentale ou transformationnelle en urbanisme réglementaire (planification) ou opérationnel (projets urbains réalisés et actions concrètes) repose tout d’abord sur une compréhension partagée de nombreux concepts urbains et de mécanismes thermodynamiques, physiques, hydrologiques, météorologiques, écologiques..., à rebours d’idées reçues ou d’expressions vides de sens :

• chaleur sensible et chaleur latente ;

• îlot de chaleur urbain nocturne et surchauffe urbaine diurne ;

• orientation du bâti et énergie solaire ;

• effets thermiques, effets hydrauliques et effets de maturité des arbres ;

• coalescence arborée ;

• isolation thermique, protection solaire, absorption solaire et inertie thermique d’un bâti ;

• réflexivité solaire et émissivité thermique ;

• budget énergétique à l'échelle d'un sol urbain ;

• observations climatiques et projections climatiques ;

• thermographies satellitaires ;

• …

Comme les bâtis, les espaces publics devraient bénéficier d’une protection solaire, c’est-à-dire d’une occultation du flux radiatif solaire sur leurs sols et murs non seulement par la végétalisation (à protéger et à planter) mais également par les bâtis eux-mêmes localisés autour, bâtis qui contrairement aux arbres n'abaissent pas la température de l'air lors de la transpiration (chaleur latente), seulement une occultation du flux solaire sur le sol et sur les façades, occultation qui peut être, toutefois, parfois très puissante selon la hauteur et l’orientation des bâtis ainsi que l’étendue de la disponibilité au sol à être ombragé.

Des chemins de l’ombre peuvent être ainsi définis pour les mobilités douces surtout la marche avec des points d’arrêt sur des places et élargissements de trottoir dont l’emplacement des bancs devraient intégrer non seulement la stratégie du froid (en été ou lors de vagues de chaleur) mais également la stratégie du chaud (en hiver pour les apports solaires passifs hivernaux). 

C’est donc une approche quatre saisons de la modélisation du flux radiatif solaire à l'échelle urbaine qu’il convient de mettre en œuvre, cela à partir d’une modélisation d’un bâti ou d'un tissu urbain puis d’analyses solaires pour générer des cartographies des flux radiatif solaires sur le sol et sur les façades en flux solaire réel ou maximal, en puissance (W/m²), énergie (kWh/m² ou insolation (heures et minutes d'ensoleillement, en intégrant les facteurs orographiques, bâtis et arborés.

Les orientations d’aménagement et de programmation (OAP) visent à définir des intentions d’aménagement sur un secteur donné, quelle que soit l’échelle : îlot, quartier, commune, intercommunalité. Il existe trois types d’OAP dont l’OAP thématique à l’échelle d’une commune ou d’une intercommunalité qui est une pièce d’un PLU(i) opposable suivant la compatibilité aux travaux et aménagements (respecter l’esprit, ne pas entrer en contradiction), tout en rappelant des règles opposables suivant la conformité (respecter la lettre).

Une OAP Adaptation et TVB est un élargissement de la démarche trame verte et bleue d’un PLU(i), un document synthétique et didactique opposable définissant une stratégie d’adaptation aux changements climatiques par une robustesse d’un territoire fondée sur le bâti et la protection de la biodiversité et du vivant non humain.

Une première partie sensibilise au caractère global, rapide, ample et anthropique des changements climatiques, considérant les deux phénomènes météorologiques extrêmes : vagues de chaleur et pluies extrêmes (de l’échelle planétaire à l’échelle locale). 

La deuxième partie explique les nombreux mécanismes intervenant dans l’adaptation aux changements climatiques d’un territoire et la protection des continuités écologiques.

La troisième partie agit dans le sens où elle présente la traduction juridique finalement retenue par les élu·e·s dans le projet de PLU(i) en matière d’adaptation aux changements climatiques par la robustesse du territoire.