Avec le changement climatique, les vagues de chaleur seront de plus en plus fréquentes, intenses, durables et précoces. La question n’est plus tellement de savoir où et quand elles interviendront mais plutôt où elles seront les plus (et les moins) supportables. Dans ce cadre, les villes sont des milieux particulièrement sensibles à ces chaleurs extrêmes notamment à cause de l’effet ‘d’îlot de chaleur urbain’ (élévation localisée des températures, particulièrement des températures nocturnes, enregistrées en milieu urbain).

Ainsi, il est particulièrement important de mieux caractériser le climat de ces milieux. Outre l’intérêt scientifique, cela permettrait de mieux comprendre ces zones et ainsi avoir des clés pour adapter la ville du futur au changement climatique, notamment pour répondre à l’enjeu de santé publique qu’est la vulnérabilité de certaines populations aux chaleurs extrêmes.

En ville, surface à la couverture végétale faible, cette énergie contribue majoritairement à la production du flux de chaleur sensible (entre 40 % à 60 %) et à l’augmentation de la température de l’air en surface. De nombreuses études montrent la dominance en ville du flux de chaleur sensible sur le flux de chaleur latente avec un rapport de Bowen (de H/LE) bien souvent supérieur à 1 en ville et peut aller jusqu’à 9.8 comme à Mexico (Grimmond et Oke 2002). En outre, la nuit, le flux de chaleur sensible a tendance à rester positif dans les zones urbaines (Dou et al. 2023 ; Grimmond et Oke 2002 ; Kotthaus and Grimmond 2014) tandis qu’il devient négatif en zone rurale. Cela signifie que la nuit, l’atmosphère continue à être réchauffée par le bas en raison de la libération de la chaleur stockée en journée dans le sol et les bâtiments. Sans oublier que des flux anthropogéniques sont générés par l’activité humaine en ville et notamment le trafic routier. Au contraire, dans les zones plus rurales, l’énergie disponible sert aussi beaucoup, voire davantage, à l’évapotranspiration (évaporation de l’eau en surface et transpiration des plantes). Elle correspond au flux de chaleur latente et dépend entre autres, de la quantité d’eau disponible, des précipitions, et de la couverture végétale mais aussi de la phénologie des plantes (Dare-Idowu et al. 2021 ; Wilson et Baldocchi 2000 ; Dou et al. 2023). On voit assez simplement que l’hétérogénéité spatiale introduit une variabilité des flux avec le type de surface et dans la fermeture du bilan énergétique de surface (SEB). D’autres facteurs comme la mauvaise estimation du terme de stockage de chaleur dans le sol ou dans la canopée (urbaine ou forestière) ajoutent des incertitudes au bilan d’énergie. Ce terme de stockage n’est pas mesurable, mais il joue un rôle non négligeable dans la répartition de l’énergie, l’intensité des flux et leur temporalité (Grimmond et al. 2004) et il pourrait être estimer à partir des autres termes connus du bilan énergétique. Par ailleurs, les incertitudes liées aux instruments de mesures, leur installation, ou encore les flux de chaleurs d’origine anthropique sont également à considérer (Mauder et al. 2020). Ainsi, le bilan ne se ferme pas, ce qui pose problème dans les modèles de climat comme les LSM cité plus tôt.

Tout comme beaucoup d’objets, la Terre interagit avec son environnement, en particulier l’atmosphère, par des transferts de matière (H₂O, CO₂) et d’énergie (quantité de mouvement, chaleur). A la surface en particulier, les interactions entre le sol et l’atmosphère sont nombreuses et influencent le climat local proche de la surface par la formation des nuages, les précipitations, la température. Ces échanges interviennent également dans les évènements extrêmes, comme les sécheresses dans leur mise en place et leur fin mais aussi dans l’intensification des vagues de chaleur. De ce fait, leur compréhension permet une meilleure modélisation et prédiction du climat local ainsi que des épisodes de fortes chaleurs. Le bilan énergétique de surface et son estimation par des mesures de terrain quantifie les interactions sol-atmosphère et est essentielle pour la bonne calibration et la validation des Land Surface Models (LSM).

L’hétérogénéité spatiale (variation du type de surface) entraîne des variations dans l’intensité des flux, la répartition de l’énergie mais également sur le sens des flux de surface. La nature et les matériaux de la surface, ainsi que la composition de l’air ou encore la couverture nuageuse influencent la quantité de rayonnement solaire absorbée ou réfléchie par la surface. Cela détermine la quantité d’énergie qui sera disponible par la surface et distribuée dans divers flux.

Pour répondre à ces questions portant sur les interactions sol-atmosphère en milieu urbain de nombreuses études ont été réalisées au niveau de différents de milieux à travers le monde (villes en Amérique du nord : (Grimmond et Oke 1995) ; Tokyo : (Moriwaki et Kanda 2004); Sud-Ouest de la France : (Dare-Idowu et al. 2021) ; Europe centrale et de l’ouest : (Teuling et al. 2010)). Cependant aucune étude n’a encore été faite sur la caractérisation de l’hétérogénéité spatiale des flux de surface en Île-de-France, à partir d’une comparaison des données d’observations de plusieurs sites ICOS (Integrated Carbon Observation System) sur une période d’une ou plusieurs années. On combinera alors ces mesures aux données satellites pour mieux spatialiser les résultats.