Concept de climat urbain

L'élaboration technique du concept climatique urbain par le bureau Geo-Net Umweltconsulting GmbH(le lien est externe) de Hanovre a été accompagnée par un groupe de projet interne à l'administration, sous la direction du service de développement urbain. Les résultats (intermédiaires) du concept climatique urbain ont été présentés et discutés dans le cadre de diverses réunions de travail et de deux ateliers avec d'autres collaborateurs de l'administration municipale d'Iéna. Le projet a été élaboré sur la période 2021-2024, avec une procédure d'adjudication préalable pour les prestations de planification au cours du second semestre 2020.

Le projet a été soutenu proportionnellement (40 %) par l'État libre de Thuringe dans le cadre du programme de promotion "Klima Invest". Le soutien vise à atteindre les objectifs de la loi sur le climat de Thuringe, notamment la réduction des émissions de gaz à effet de serre et l'adaptation aux conséquences inévitables du changement climatique en Thuringe.

Le projet s'articule autour des éléments suivants.

1. modélisation du climat urbain et analyse climatique

Le réchauffement urbain continue d'augmenter à Iéna, notamment en raison des changements climatiques globaux. Une densification interne progressive due à une forte pression d'utilisation sur les surfaces limitées et la perte d'espaces verts peuvent encore renforcer cette évolution. Dans l'optique d'un développement urbain résilient au climat, il s'avère nécessaire d'évaluer les surfaces en fonction de leurs propriétés ou fonctions climatiques. Cette évaluation constitue ensuite la base et l'argumentaire pour évaluer les développements architecturaux, pour élaborer des propositions d'optimisation et pour garantir des surfaces de compensation climatique.

Dans un premier temps, une modélisation tridimensionnelle du climat urbain à haute résolution spatiale a été réalisée pour Iéna avec FITNAH-3D, qui représente aussi bien la structure actuelle de l'utilisation et des espaces verts que différents scénarios d'utilisation des surfaces et de changement climatique. La zone d'étude d'environ 195 km² a été modélisée selon un maillage horizontal de 10 m sur 24 h (pas de temps : 10 secondes). Cela a constitué la base de l'évaluation qualitative et quantitative des processus climato-écologiques de l'air froid et de la situation de surchauffe ou de la situation de charge bioclimatique humaine pour le jour ou la nuit.

L'analyse du climat urbain a été réalisée pour trois scénarios. Les deux scénarios futurs se réfèrent à l'année 2035.

L'étape suivante a consisté à établir des cartes individuelles pour les paramètres climatiques centraux de la ville à partir des trois modèles de calcul. Il s'agit notamment du champ de température et de vent au niveau du sol, du débit d'air froid, du taux de production d'air froid (nuit) et de la température ressentie (jour), et ce pour la situation actuelle et les deux scénarios futurs. Ces informations climatiques individuelles ont ensuite été rassemblées dans six cartes d'analyse climatique synthétiques (une pour chaque scénario), respectivement pour le jour (14h00) et la nuit (04h00).

2. cartes d'évaluation et de planification

Dans ce module de projet, l'évaluation de la présente analyse climatique a été effectuée. Cette évaluation s'appuie sur la directive VDI 3785 feuille 1. Les catégories d'évaluation permettent d'identifier les facteurs favorables et défavorables d'un site et d'en déduire de manière ciblée les besoins d'action et de planification. La zone urbaine est divisée en zone d'impact (surfaces d'habitat/de circulation) et en zone de compensation (espaces verts et libres) et affectée à une catégorie d'évaluation correspondante (situation bioclimatique très favorable à très défavorable ou importance bioclimatique très élevée à très faible) à l'aide d'un algorithme (la transformation z). Les différentes surfaces de la ville sont ainsi évaluées en comparaison les unes avec les autres, car il n'est pas possible de se baser sur des valeurs limites universellement valables et légalement normalisées comme critère d'évaluation. Cette évaluation est effectuée pour la situation diurne et nocturne dans chacun des trois scénarios. Par la suite, six cartes d'évaluation sont disponibles pour la zone urbaine.

Les cartes d'évaluation constituent finalement la base de la carte indicative de planification climatique. La carte indicative de planification se base sur les résultats du scénario futur P2 avec signal de changement climatique et développement urbain supplémentaire et prend ainsi en compte les effets du changement climatique prévu dans le sens d'une stratégie de prévention. En tant que carte abstraite, elle relie toutes les représentations d'analyse climatique précédentes. Elle identifie et analyse les zones de compensation et de pollution, donne des recommandations pour la planification du point de vue de la climatologie urbaine et sert ainsi de base importante pour la prise en compte des intérêts climatiques dans les plans d'urbanisme préparatoires et obligatoires. L'objectif est de préserver la qualité de vie au sens de l'article 1, paragraphe 5 du code de la construction (BauGB) ainsi que des conditions d'habitat et de travail saines au sens de l'article 34 du code de la construction (BauGB) dans la ville, tout en assurant un développement du site d'un centre secondaire conforme aux besoins.

Outre les modifications dues au changement climatique prévu, la carte indicative d'aménagement se concentre également sur les développements architecturaux prévus et évalue leurs effets attendus sur le climat de la ville sur la surface elle-même ainsi que sur le voisinage limitrophe. Pour 69 surfaces de développement (avant-projet de mise à jour du plan d'occupation des sols, état au 04.11.2022), une évaluation individuelle des effets sur le bien à protéger qu'est le climat a été réalisée par un expert dans le cadre du concept climatique urbain. Pour 55 de ces surfaces, les résultats ont été résumés dans une fiche descriptive . Pour toutes les surfaces de développement, l'expertise a confirmé qu'une mise en œuvre de la construction des surfaces est possible sans impact significatif sur le climat local, à condition que le mode de construction soit adapté au climat. Conformément à l'évaluation des surfaces, des recommandations de planification pour la mise en œuvre de la construction sont soumises, qui peuvent soutenir une construction adaptée au climat sur la surface respective et qui doivent être détaillées aux niveaux de planification suivants.

3. mise en œuvre instrumentale

Dans le but d'ancrer dans le droit de l'urbanisme les connaissances acquises et les recommandations d'action qui en découlent, et de les mettre en œuvre, une réflexion sur la mise en œuvre instrumentale a été menée dans le cadre du concept climatique urbain. Outre les instruments de planification formels que sont les plans d'urbanisme préparatoires et obligatoires, l'adoption de règlements locaux de construction ou la mise à disposition d'incitations et de programmes de soutien pour les citoyens ont été pris en compte et des propositions correspondantes ont été présentées pour Iéna.

Le 26 février 2025, le conseil municipal a approuvé le "concept climatique pour la ville d'Iéna" comme base d'action d'un développement urbain durable et adapté au climat pour l'administration municipale. Les décisions pertinentes pour les planifications et les projets au sein de la zone urbaine d'Iéna seront prises à l'avenir en tenant compte des résultats du concept climatique de la ville. Les résultats de la carte indicative de planification climatique ainsi que les contenus des fiches descriptives des surfaces de développement seront intégrés dans le plan d'occupation des sols par le biais d'une carte annexe climatique. En outre, les connaissances disponibles, y compris les informations et les recommandations de planification issues des fiches descriptives, doivent être prises en compte le plus tôt possible dans la planification obligatoire de la construction (plans d'aménagement).

La mise en œuvre de mesures d'adaptation au climat dans les zones intérieures non planifiées - c'est-à-dire dans les zones existantes sans plan d'urbanisme obligatoire - est également très importante à Iéna. Une grande partie des zones soumises à des contraintes climatiques se trouvent dans des bâtiments existants, mais souvent en mains privées et donc hors de la zone d'influence de la commune. Dans le but d'assurer des conditions d'habitation et de travail saines - aujourd'hui et à l'avenir -, il convient de définir des conditions-cadres appropriées pour le développement des zones existantes soumises à des contraintes climatiques. C'est pourquoi la décision du conseil municipal concernant le concept climatique de la ville a formulé la tâche d'examiner les possibilités d'ancrer des mesures d'adaptation au climat par le biais de directives locales ou de règlements de construction à Iéna et de les mettre en œuvre dans la mesure du possible.

En raison de l'influence anthropique, les conditions climatiques dans une ville sont modifiées et ont tendance à être plus prononcées lorsque le nombre d'habitants ou la taille de la ville augmente. Cela s'explique par exemple par le degré élevé d'imperméabilisation, auquel s'oppose une faible proportion de végétation et de surface naturelle.

On peut citer ici l'agrandissement de la surface par les bâtiments (perturbation de l'écoulement par une rugosité plus élevée, réflexions multiples par les bâtiments) ainsi que les émissions dues au trafic, à l'industrie et aux ménages (flux de chaleur anthropogène). Par rapport aux zones environnantes largement naturelles ou proches de l'état naturel et non construites, ces effets entraînent des températures plus élevées et des contraintes bioclimatiques en été. Le phénomène de surchauffe se manifeste surtout la nuit et est appelé "îlot de chaleur urbain".

Contrairement à l'hygiène de l'air ou à la pollution sonore par exemple, il n'existe pas encore de réglementation normative sur les valeurs indicatives ou même les valeurs limites pour la pollution thermique. Le confort thermique et la santé humaine (bien-être, performance, taux de maladie et de mortalité) sont pris en compte pour l'évaluation. Dans ce contexte, les paramètres vitesse du vent, température de l'air et du rayonnement ainsi que l'humidité de l'air jouent un rôle central. Dans le domaine de la climatologie urbaine et régionale, différents paramètres biométéorologiques humains se sont imposés au cours des dernières décennies, permettant de déterminer les effets des nuisances sur le bien-être humain.

La température équivalente physiologique (TEP) prend en compte la température ressentie, qui est influencée par la température de l'air, l'humidité, la vitesse du vent et le rayonnement. En tenant compte du bilan thermique de l'être humain, il est ainsi possible de déduire différents niveaux de charge physiologique, qui vont ici d'une charge de froid extrême à une charge de chaleur extrême. Cet indice est utilisé dans le cadre du concept de climat urbain pour l'évaluation de la situation diurne (14h00) à l'extérieur.

Alors que dans les lieux de travail, ce sont plutôt les températures élevées de jour qui provoquent des nuisances, dans les habitations privées, ce sont surtout les températures élevées de nuit qui représentent un grand défi. Seules des conditions thermiques favorables permettent à l'organisme de se régénérer des charges thermiques de la journée. L'Office fédéral de l'environnement recommande une température de 17-18 °C dans la chambre à coucher pour un sommeil réparateur. Atteindre ces températures intérieures dépend en grande partie du bâtiment (protection thermique estivale par l'isolation, l'ombrage, l'orientation du plan, le refroidissement actif/passif, etc.) Pour l'évaluation de la situation nocturne, le concept climatique urbain se base sur la température nocturne à 04h00 à une hauteur de 2 m au-dessus du sol.

→ autres explications dans le rapport, chapitre 2.1 "Confort thermique et santé humaine".

Il s'agit d'une situation météorologique déterminée par des influences locales et régionales, avec des courants de vent faibles et des conditions d'ensoleillement et de rayonnement sans obstacles, qui se caractérise par des variations journalières marquées de la température de l'air, de l'humidité de l'air et du rayonnement.

Cette situation météorologique autochtone est liée à l'apparition d'une nuit de rayonnement peu venteuse, au cours de laquelle le rayonnement nocturne génère des différences de température notables dans la zone urbaine en raison de l'absence de nuages. Cette situation entraîne les charges thermiques les plus élevées au sein de la ville et les particularités climatiques locales s'expriment particulièrement bien. Il s'agit d'une part de l'effet d'îlot de chaleur et de la dynamique d'air froid qui se développe d'elle-même et qui n'est influencée par aucun courant superposé. Ainsi, dans une situation météorologique autochtone, les voies de guidage de l'air froid sont identifiables.

A Iéna, la moyenne à long terme des 30 dernières années fait état d'environ 32 nuits de rayonnement sans vent par an, avec des différences saisonnières dans la répartition. Au cours des trois mois d'été (juin, juillet et août), on a observé environ 14 nuits de rayonnement faibles en vent - ce qui correspond à environ 15 % de toutes les nuits de cette période.

L'air froid se forme la nuit au-dessus des surfaces naturelles ou semi-naturelles par rayonnement de la chaleur. Les surfaces à végétation basse (p. ex. les prairies, les champs, les pelouses et les prairies, mais aussi les jachères) sont particulièrement productrices d'air froid pendant la nuit. En raison de leur volume, les forêts produisent de grandes quantités d'air froid. Celui-ci se forme au-dessus de la canopée et s'enfonce ensuite dans l'espace du tronc en raison de sa lourdeur. La plus grande partie de l'air froid est produite dans les environs de la ville. L'intensité du flux d'air froid dépend de la taille du bassin versant, de la pente, de la largeur des vallées et de l'absence d'obstacles. L'étendue de la pénétration de l'air froid dans les zones bâties dépend de la taille, de la structure et de la densité de l'habitat, ainsi que du dégagement de chaleur anthropique et de la quantité d'air froid entrant. Outre les bâtiments, les arbres peuvent également agir comme des obstacles à l'écoulement de l'air au niveau du sol.

Comparée à un grand nombre d'autres villes, la ville d'Iéna bénéficie d'une dynamique d'air froid très marquée. Celle-ci se justifie par la topographie marquée et le relief mouvementé ainsi que par les surfaces productives de captage d'air froid qui se trouvent à proximité immédiate du corps de la ville. L'aération de la ville pendant les nuits de rayonnement se fait essentiellement à partir des vastes surfaces des vallées latérales de la Saale et de la vallée sud de la Saale elle-même. Cela favorise une bonne aération de la zone d'habitation d'Iéna et a donc une influence positive sur le climat urbain.

Le taux de production d'air froid, l'épaisseur d'air froid et le débit d'air froid sont des valeurs relatives qui resteront inchangées même dans une atmosphère plus chaude à l'avenir en raison du changement climatique (si elles ne sont pas modifiées par des changements d'utilisation des sols, comme par exemple des zones commerciales de grande superficie ou des extensions d'agglomération). Il en va de même pour les éléments centraux dérivés de ces grandeurs, tels que les couloirs d'air froid. Il va de soi qu'avec le changement climatique, l'air froid a tendance à être plus chaud qu'actuellement et peut donc moins contribuer à la réduction de la pollution thermique nocturne.

Les analyses du climat urbain peuvent se baser sur différentes méthodes d'analyse. A Iéna, une modélisation numérique du climat urbain a été utilisée. Les calculs de modélisation pour Iéna ont été effectués avec le modèle climatique FITNAH-3D. La résolution horizontale de la modélisation est de 10 m, ce qui signifie qu'Iéna est divisée en une grille de 10 m x 10 m (ce qui correspond à environ 4,5 millions de cellules de grille). Pour chaque cellule de la grille, des informations concernant par exemple la hauteur du terrain, l'utilisation du sol, les contours et la hauteur des bâtiments ainsi que les arbres et le pourcentage d'imperméabilisation sont déterminées et utilisées comme données d'entrée pour le calcul du modèle. La zone d'étude choisie, d'une superficie d'environ 458 km², dépasse largement la surface de la ville d'Iéna (115 km²) afin de prendre en compte les différences d'altitude et d'utilisation des sols situées dans les environs et ayant une influence sur le climat de la ville d'Iéna.

Conformément à la ville de la technique, la modélisation se base sur une situation météorologique estivale de haute pression avec un ciel sans nuages et un vent très faiblement superposé (→ s ituation météorologique autochtone, température maximale journalière supérieure à 25 °C).

→ autres explications dans le rapport, chap. 5.1 "Modélisation numérique

Dans le concept climatique urbain d'Iéna, deux scénarios futurs ont été élaborés en plus de la situation actuelle. Cela a été fait dans le but de présenter séparément les effets du changement climatique prévu des effets du futur développement de la construction et enfin de les évaluer.

Dans le cadre de la mise à jour du plan d'occupation des sols de la ville d'Iéna, une évaluation environnementale doit être réalisée pour les surfaces de développement immobilier. Il s'agit d'évaluer les effets importants sur le climat urbain ainsi que les effets concrets sur la surface elle-même (bien à protéger : climat/air), auxquels il faut s'attendre suite au développement prévu. Afin de séparer les effets des développements urbanistiques prévus des effets du changement climatique prévu, un signal de changement climatique a été défini pour les modélisations de l'avenir, qui représente l'avenir une fois avec et une fois sans développement urbain dans deux scénarios. Aucune mesure d'adaptation au climat n'a été modélisée dans le cadre du concept climatique urbain.

→ autres explications dans le rapport, chap. 5.1.2 "Développement de scénarios".

Tous les calculs de modélisation pour le concept de climat urbain d'Iéna se basent, conformément à la directive VDI 3787 feuille 9, sur une situation météorologique autochtone (situation météorologique estivale de haute pression sans vent et sans nuages). Typiquement, une journée d'été autochtone entraîne, en raison du rayonnement élevé et du faible échange d'air à grande échelle (autochtone), des situations qui, au cours de l'année, entraînent les charges thermiques les plus élevées dans certaines zones de la ville. Même s'il s'agit d'une situation météorologique particulière, une telle situation météorologique se produit régulièrement à Iéna et plusieurs fois chaque été. Pendant les mois d'été de juin, juillet et août, plus de 15 nuits sont autochtones à Iéna, contre 32 nuits sur l'ensemble de l'année à la station la plus proche, celle d'Erfurt-Weimar.

Pour chaque scénario, une évolution journalière a été modélisée avec un début à 21h00 jusqu'à 14h00 le lendemain au moment de la hauteur maximale du soleil. La température de départ du modèle pour la situation réelle est de 20 °C à 21 heures. Celle-ci a été déterminée à l'aide de l'analyse d'une série chronologique de 30 ans de la station de mesure DWD de l'observatoire d'Iéna (1991-2020) pour les jours d'été moyens (température maximale journalière > 25 °C) à 21h00 pendant les mois d'été de juin, juillet et août. Pour les scénarios d'avenir P1 et P2, une augmentation de la température de départ de 2 kelvins ainsi qu'un abaissement de l'humidité du sol en dessous du point de flétrissement ont été effectués dans les deux modélisations.

Les conditions de départ choisies représentent délibérément une situation de stress thermique, du moins pour certaines parties de la ville, mais pas un événement extrême. L'objectif du concept climatique urbain est de différencier cette situation de charge dans l'espace et de contrer cette charge par un développement urbain durable ainsi que par des mesures d'adaptation climatique appropriées.

→ autres explications dans le rapport, chapitre 5.1.5 "Conditions cadres et conditions marginales".

A Iéna, le climat urbain futur en 2035 a été calculé dans le sens d'une stratégie de précaution avec un signal de changement climatique très fort. Basé sur le RCP 8.5 ("scénario de continuation comme avant" en ce qui concerne l'évolution de la concentration absolue de gaz à effet de serre dans l'atmosphère), une augmentation de la température de 2 Kelvin pour le futur proche jusqu'en 2035 est intégrée dans le modèle de calcul. En outre, une réduction de l'humidité du sol (de 60 % à 30 %) a été supposée pour les espaces verts et les espaces libres. Les classes d'utilisation avec une végétation basse ne peuvent alors plus s'évaporer, de sorte que dans le modèle, l'énergie incidente à ondes courtes est directement transformée en chaleur sensible, ce qui contribue à une augmentation de la température de l'air au niveau du sol, en particulier en situation diurne. Les arbres ne sont pas concernés.

Le modèle climatique FITNAH-3D a été alimenté avec les données d'entrée correspondantes pour chaque scénario (situation actuelle, scénarios futurs P1 et P2). La saisie des données d'entrée a été effectuée en juillet 2021 et reflète l'état des connaissances à cette date. Pour chaque cellule de grille de 10m, les informations suivantes ont été attribuées au modèle :

• Terrain / Orographie (modèle numérique de terrain)
• Utilisation du sol / degré d'imperméabilisation (classes d'utilisation du modèle : Bâtiment, non bâti scellé, surface de la voie ferrée, sol non naturel, sable/galets, plein champ/pelouse, arbre au-dessus du scellement, arbre au-dessus du sol non naturel, arbre au-dessus de la pelouse, eau)
• Hauteur de la structure (pour les bâtiments, la végétation basse et les arbres).

Comme le concept climatique de la ville ne devait pas se limiter à la situation actuelle, il a fallu élaborer des conditions climatiques et structurelles pour les scénarios futurs P1 et P2. Les trois modèles de calcul sont basés sur le même modèle numérique de terrain.

La situation actuelle tient compte de l'état climatique et architectural de la ville au moment de la saisie des données (juillet 2021) sur la base des données géographiques disponibles. Dans le but d'obtenir une actualité aussi élevée que possible, les plans d'urbanisme juridiquement contraignants ainsi que les projets de construction en cours de réalisation ou devant être mis en œuvre prochainement ont en outre été intégrés dans le modèle de calcul de la situation actuelle (→ voir tableau 9 du rapport).

Le scénario P1 "changement climatique" (sans développement urbain) comprend la même structure urbaine que la situation actuelle et doit présenter les effets attendus suite au changement climatique. Cependant, en regardant vers l'avenir, il existe inévitablement une certaine incertitude quant à l'ampleur réelle des changements climatiques. A Iéna, le climat urbain futur en 2035 a été calculé dans le sens d'une stratégie de précaution avec un fort signal de changement climatique. Basé sur le RCP 8.5 ("scénario de continuation comme avant" en ce qui concerne l'évolution de la concentration absolue de gaz à effet de serre dans l'atmosphère), une augmentation de la température de 2 Kelvin pour le futur proche jusqu'en 2035 est intégrée dans le modèle de calcul. En outre, une réduction de l'humidité du sol (de 60 à 30 %) a été supposée pour les espaces verts et les espaces ouverts - ce qui entraîne l'absence de refroidissement par évaporation de ces surfaces pendant la journée. Les arbres sont exclus de ce calcul.

Dans le scénario P2 "Changement climatique avec développement urbain", le signal de changement climatique de +2 Kelvin déjà utilisé dans le scénario P1 a été réutilisé, ainsi que l'hypothèse de sécheresse des espaces verts et ouverts. A cela s'ajoute, dans le scénario P2, le développement urbain prévu. Ici, 69 surfaces de développement potentielles pour l'habitat, l'industrie, les constructions spéciales et les transports ainsi que les jardins familiaux ont été supposées construites (sur la base de l'avant-projet de FNP du 04.11.2022). Les surfaces constructibles prévues se basent entre autres sur le "Wohnbauflächekonzeption Jena 2035", le "Arbeitsplatz- und Gewerbeflächenentwicklungskonzept Jena 2035" ainsi que le "Gartenentwicklungskonzept" (mise à jour 2024). Pour la modélisation des surfaces de développement du FNP, c'est principalement l '"approche par pixels mixtes" qui a été utilisée. Pour trois surfaces de développement seulement, une planification urbanistique concrète a pu être intégrée dans le calcul du modèle pour P2.

→ autres explications dans le rapport, chap. 4.4 "Changements climatiques futurs" et chap. 5.1.4 "Préparation des données d'entrée du modèle".

Au moment de la modélisation (juillet 2021), il n'existait pas encore de projets d'urbanisme concrets pour un grand nombre de plans d'aménagement en vigueur et pour la majeure partie des surfaces de développement du FNP. Pour intégrer ces surfaces dans le modèle de calcul, on a donc appliqué l'approche dite du "pixel mixte". Pour les zones à développer à l'avenir (habitat, commerce, construction spéciale), des surfaces ont été sélectionnées dans la zone urbaine existante qui, en tant que "jumeaux de surface", correspondent le mieux à l'état d'urbanisation futur. Pour ces surfaces jumelles, la répartition en pourcentage de la couverture de surface (bâtiments, surface imperméable, pelouse, arbres, etc.) a été saisie et reportée sur les surfaces de développement.

L'approche par pixels mixtes offre une possibilité d'examiner et d'évaluer les développements architecturaux prévus en termes de compatibilité avec le climat urbain. Il faut cependant tenir compte du fait que cette approche de modélisation ne peut représenter le développement futur que de manière limitée. D'une part, les classes d'utilisation du modèle sont réparties de manière aléatoire sur la surface (sous forme de pixels dans une grille de 10 m). Cela ne correspond pas à la structure réelle de la surface jumelée, mais ne représente que la répartition en pourcentage de la couverture de la surface. Il n'y a pas de modélisation de structures architecturales cohérentes, par exemple des bâtiments d'une certaine taille et d'une certaine orientation, qui pourraient éventuellement agir comme des obstacles à l'écoulement, ou des structures vertes cohérentes qui pourraient alors par exemple déployer une plus grande efficacité pour le refroidissement. Par ailleurs, cette méthode ne permet pas d'appliquer un mode de construction adapté au climat, mais uniquement de reprendre des structures construites existantes ou leur pourcentage de surface.

→ autres explications dans le rapport, chap. 5.1.3 "Approche par pixels mixtes".

Les bâtiments entrent dans le modèle de calcul sous forme de modèle de bâtiment 3D (LoD2) avec leur surface au sol, leur hauteur et avec des formes de toit standardisées (par ex. toit à deux pentes, en croupe, à la Mansart, à un seul pan ou en pavillon). Les bâtiments sont intégrés dans le modèle numérique de surface de la ville. Les bâtiments en surface sont modélisés sans les structures de toit et sans la texture (matériaux, couleurs, etc.) des façades et des surfaces de toit. Les toitures et façades végétalisées ne sont donc pas prises en compte dans le modèle.

→ autres explications dans le rapport, chap. 5.1.4 "Préparation des données d'entrée du modèle".

Par définition, les modèles sont des représentations incomplètes de la réalité. Ils n'ont donc pas la prétention de représenter le système à modéliser de manière exhaustive, mais seulement de le représenter suffisamment bien. L'utilisation de modèles est toujours liée à certaines incertitudes - d'une part, des incertitudes dans le modèle choisi, d'autre part, des incertitudes dans les données d'entrée.

Dans le concept de climat urbain, toutes les données d'entrée ont été converties dans l'analyse en une grille régulière dans laquelle un point de grille représente l'utilisation principale sur une surface de 100 m². Il s'agit de la résolution la plus élevée qui puisse être modélisée actuellement pour des villes de la taille de Jena. Cependant, même avec cette résolution élevée, les petites structures ne peuvent pas être entièrement prises en compte. Souvent, plusieurs structures d'utilisation différentes (par ex. surface imperméable, pelouse, arbre) se trouvent dans une seule et même cellule de la grille. Dans les données d'entrée et donc dans le modèle, seule l'utilisation qui occupe la plus grande surface dans la cellule de la grille est prise en compte. Il peut donc arriver qu'une rue avec des arbres isolés à petite couronne ne soit pas reconnue comme une allée, ou du moins pas de manière continue, et que les effets d'ombre ne soient par conséquent pas pris en compte. En règle générale, les espaces partiels concernés sont cependant petits avec des effets plutôt locaux, de sorte que dans la perspective de l'ensemble de la ville ou dans les conclusions fondamentales, il ne faut pas s'attendre à des effets pertinents. Néanmoins, dans le cas concret d'une application ou d'un doute, il est toujours recommandé de jeter un regard critique sur les données d'entrée du modèle.

Une autre source d'incertitude est le niveau d'information des données prises en compte dans le modèle. Par exemple, les bâtiments sont certes intégrés dans le modèle dans leur cubage sous forme de "modèle en blocs" (avec une position et des dimensions exactes et une hauteur de toit moyenne), mais l'échange de chaleur avec l'environnement est exclusivement représenté par le volume de la construction. Les matériaux de construction, l'albédo de surface, la végétalisation des toits et des façades ainsi que la proportion de fenêtres des bâtiments ne sont pas pris en compte dans le modèle.

Dans le scénario d'avenir P2 "Changement climatique et développement urbain", l'approche dite du "pixel mixte" a été utilisée pour la modélisation des zones de développement du FNP. Cette méthode permet de simuler le développement futur de la ville d'Iéna et d'évaluer les effets climatiques qui en découlent, mais elle comporte également des incertitudes quant aux résultats. Pour plus d'explications, voir "Qu'est-ce que l'approche par pixels mixtes ?

→ autres explications dans le rapport, chap. 5.3 "Incertitudes et défis".

Le concept de climat urbain fournit pour chaque cellule de la grille des résultats de modélisation de la température de l'air pendant la nuit, du taux de production d'air froid et du champ d'écoulement d'air froid ainsi que de la charge thermique pendant la journée. A l'exception du débit d'air froid (écoulement sur toute la couche d'air inférieure), les résultats sont valables pour la zone de séjour de l'homme proche du sol et considèrent les moments 04:00 pour la situation nocturne (refroidissement maximal) ou 14:00 pour la situation diurne (rayonnement maximal).

La détermination des températures nocturnes de l'air à proximité du sol permet d'identifier les zones urbaines surchauffées (appelées îlots de chaleur urbains) et d'évaluer l'efficacité spatiale des courants d'air froid. Les valeurs absolues de la température de l'air indiquées doivent être considérées comme des exemples pour une situation météorologique estivale de rayonnement. Les différences relatives au sein de la ville ou entre les différentes utilisations du sol sont en revanche largement valables pendant d'autres situations météorologiques.

Six cartes d'analyse du climat ont été réalisées dans le cadre du concept climatique urbain. Il y en a une pour la situation diurne et une pour la situation nocturne, et ce pour les trois scénarios (situation actuelle, futur P1 et futur P2). Les cartes d'analyse climatique résument les principaux messages des paramètres météorologiques (variables de sortie du modèle). Pour la situation nocturne à 04h00, le processus d'air froid est précisé en réunissant sur une seule carte le champ de vent près du sol, le taux de production d'air froid, le débit d'air froid et la température de l'air près du sol. La carte d'analyse climatique pour la situation diurne à 14h00 est basée sur le PET.

Les cartes d'analyse climatique appartiennent à ce que l'on appelle le niveau factuel - il s'agit donc ici d'une représentation des faits climatiques au niveau des cellules de la grille (10 m x 10 m) et pas encore d'une évaluation, par exemple sur l'ampleur de la charge thermique dans la zone d'impact (surfaces d'habitat et de circulation) ou sur les valeurs de la zone de compensation (espaces verts et libres).

Les cartes d'analyse climatique pour la nuit indiquent la température de l'air au niveau du sol en valeurs absolues pour la zone d'impact. Pour les espaces verts et les espaces libres, les résultats du modèle concernant le flux volumique d'air froid sont représentés dans une couleur de surface dégradée. Les espaces verts avec un taux de production d'air froid supérieur à la moyenne (> 14,7 m³/m²h) ont en outre été mis en évidence par des hachures noires. En outre, le champ d'écoulement près du sol ou la direction d'écoulement de l'air froid est visualisé par une flèche à partir d'une vitesse de vent de 0,2 m/s, considérée comme efficace du point de vue de l'écologie climatique. Pour une meilleure lisibilité, le champ de vent a été agrégé à 100 m. C'est par le biais de ces flèches de vent (taille et densité) qu'apparaît l'écoulement d'air froid surfacique, si important pour Iéna. Ces écoulements surfaciques sur les versants jouent à Iéna un rôle décisif pour le refroidissement nocturne en raison de la situation spatiale et topographique. En particulier sur les versants des vallées latérales de la Saale, de grandes quantités d'air froid sont produites la nuit et alimentent bien les zones d'habitation voisines en air froid, en suivant la pente du terrain. En plus de l'écoulement d'air froid à grande échelle, les lignes de guidage d'air froid constituent un élément important des processus d'air froid à Iéna. Elles relient entre elles les zones de compensation produisant de l'air froid (espaces verts et espaces libres) et les zones d'impact (zones d'habitation et de circulation) et présentent ainsi généralement des débits d'air froid élevés.

Les cartes d'analyse climatique pour la journée se basent sur la température équivalente physiologique (TEP). La PET est représentée ici de la même manière pour la zone d'impact et la zone de compensation. Vous trouverez de plus amples explications sur la PET dans la rubrique "Existe-t-il des valeurs indicatives ou des valeurs limites pour la charge thermique de l'homme ?

→ autres explications dans le rapport, chap. 7.1 "Cartes d'analyse climatique".

Les résultats du modèle disponibles au niveau de la grille (en tant que valeurs absolues) permettent une représentation détaillée des principaux processus climato-écologiques dans la ville. Une évaluation et les conclusions qui en découlent pour la planification (par ex. le degré de pollution thermique à l'intérieur de la zone d'influence ainsi que l'importance bioclimatique de certaines zones dans la zone de compensation) doivent par contre se référer à des unités spatiales fonctionnelles/d'utilisation clairement délimitables dans l'espace urbain. Pour ce faire, la "géométrie de base" a été appliquée à l'ensemble de la zone urbaine. Les unités d'utilisation spatio-urbaines ont été regroupées et attribuées à l'une des 20 catégories d'utilisation (par ex. cours d'eau, cimetière, parc et espace vert, zone d'habitation, établissement de soins, etc. Les informations climatiques des cellules de la grille situées à l'intérieur de l'unité d'utilisation ont été regroupées et moyennées dans l'espace, de sorte que l'on dispose finalement d'une valeur moyenne pour chaque paramètre climatique (température nocturne de l'air, PET, taux de production d'air froid, etc. Cette valeur constitue alors, à l'étape suivante, la base de l'évaluation climatique de la ville.

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.2 "Base géométrique".

Les cartes d'évaluation se basent sur les cartes d'analyse climatique. Elles résument les différentes grandeurs climatiques urbaines (champ de température et de vent au sol, débit d'air froid et taux de production d'air froid la nuit ainsi que température ressentie le jour) respectivement pour la situation diurne et nocturne dans les différents scénarios (situation actuelle, avenir P1 et P2). Au total, six cartes d'évaluation sont disponibles.

Dans le cadre des cartes d'évaluation, on procède - à la différence des cartes d'analyse climatique (grille de 10 m) - à une évaluation globale de surfaces ayant une structure de construction et une utilisation similaires (sur la base de la géométrie de base mentionnée ci-dessus). Comme il n'existe pas de valeurs limites légales pour la charge thermique de la population urbaine, l'évaluation de la charge bioclimatique dans la zone d'impact (surfaces d'habitat et de circulation) ou de l'importance bioclimatique de la zone de compensation (espaces verts et libres) se fait par l'écart de certains paramètres climatiques par rapport aux conditions moyennes dans la zone étudiée (transformation z). Cela signifie que les différentes surfaces sont évaluées les unes par rapport aux autres. Cela permet de voir quelles surfaces urbanisées présentent une situation bioclimatique plutôt favorable ou plutôt défavorable ou quels espaces verts ont une importance bioclimatique plutôt élevée ou plutôt faible.

Situation nocturne

L'évaluation de l'importance bioclimatique des espaces verts et des espaces libres pendant la nuit (de très faible à très élevée) s'oriente sur leur fonction pour l'équilibre de l'air froid. Un algorithme d'évaluation permet de tenir compte de la production et du débit d'air froid, de la vitesse du vent et de la situation par rapport aux zones d'habitation polluées. L'évaluation de la zone d'habitation (très favorable à très défavorable) se base sur le surchauffage nocturne et est déterminée par les températures de l'air au niveau du sol à 4 heures du matin. L'ampleur du refroidissement effectif à l'intérieur des bâtiments dépend en grande partie des normes de construction (isolation thermique, possibilité de ventilation transversale, etc. Dans les cartes d'évaluation pour la nuit, les zones d'habitation non habitées (p. ex. commerces, crèches, écoles, etc.) ainsi que les rues et les places ne sont pas évaluées (représentation grisée), car la nuit, les conditions de sommeil saines sont au centre des considérations. Les informations respectives pour les zones grisées sont néanmoins disponibles dans les données SIG du projet et sont intégrées dans l'évaluation de la carte indicative de planification.

Situation diurne

L'évaluation de la situation bioclimatique de jour repose essentiellement, pour la zone d'impact (très favorable à très défavorable) et la zone de compensation (qualité de séjour très faible à très élevée), sur l'évaluation de l'indice thermophysiologique PET à 14h00, qui peut être interprété comme la température ressentie. On considère ici la charge thermique à l'extérieur des bâtiments. Les zones habitées et non habitées revêtent une importance égale, et l'espace routier ainsi que la qualité de séjour sur les places et les espaces verts passent au premier plan. La charge thermique dépend en premier lieu de l'ombrage, de sorte que les espaces verts et les espaces libres peuvent parfois faire l'objet d'évaluations contradictoires entre le jour et la nuit. Un espace ouvert se refroidit fortement la nuit, mais présente une charge thermique élevée les jours d'été (sans nuages) s'il n'y a pas d'arbres. En revanche, la qualité de séjour dans les forêts et les parcs arborés est très élevée, même les jours d'été.

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.3 "Cartes d'évaluation".

Dans les cartes d'analyse climatique comme dans les cartes d'évaluation pour la nuit, outre les signatures fléchées pour les voies de guidage de l'air froid et l'écoulement d'air froid sur une surface donnée, les espaces verts présentant un taux de production d'air froid supérieur à la moyenne sont indiqués par des hachures noires en forme de points. En outre, la zone d'influence de l'air froid est représentée dans les cartes d'évaluation par des hachures noires en ligne basées sur une grille. Celle-ci indique dans quelle mesure l'air froid peut pénétrer dans les zones d'habitation existantes (habitations, commerces, rues, places, etc.). Les zones d'influence de l'air froid sont toutes les zones de la zone d'impact qui atteignent ou dépassent la valeur moyenne du débit d'air froid (correspondant à 38,54 m³/m*s dans la situation actuelle) et la vitesse moyenne du vent correspondante de 0,2 m/s. Les zones d'influence de l'air froid sont les zones de la zone d'impact qui atteignent ou dépassent la valeur moyenne du débit d'air froid.

Différentes priorités d'action pour améliorer la situation climatique de la ville sont attribuées à la zone d'impact - c'est-à-dire aux zones d'habitation et de circulation existantes - dans la carte indicative de planification (CIP). Pour ce faire, les résultats de la situation diurne et nocturne des cartes d'évaluation du scénario d'avenir P2 (avec changement climatique et développement urbain) ont été combinés et le résultat a été synthétisé sur une échelle à 4 niveaux. La combinaison du jour et de la nuit a été effectuée pour différentes utilisations avec des pondérations différentes. Dans les zones habitées (habitat, usage mixte, établissements de soins), l'évaluation a été effectuée en vue d'assurer des conditions de sommeil saines - c'est pourquoi une importance plus grande est accordée à la situation nocturne. Dans les zones non habitées (par ex. commerces, écoles, crèches, instituts) ainsi que dans les espaces publics, l'évaluation se base en priorité sur la qualité de séjour de jour, étant donné qu'en règle générale, aucune personne n'y séjourne la nuit pendant une longue période. Pour les zones de circulation, l'évaluation se base uniquement sur la situation diurne.

L'évaluation selon les priorités d'action doit permettre de déterminer les surfaces sur lesquelles les mesures d'adaptation au climat sont particulièrement importantes et à privilégier. Les développements architecturaux sont considérés comme une opportunité d'adaptation au changement climatique et sont utilisés à cette fin. Dans le cadre de la restructuration urbaine, les objectifs et les mesures d'adaptation au climat peuvent être pris en compte très tôt dans les processus de planification informels ou être rendus obligatoires par le biais de plans d'aménagement. Les maîtres d'ouvrage privés doivent être sensibilisés, lors de la procédure d'autorisation de construire, à un mode de construction adapté au climat. Les zones d'habitation présentant une (très) forte charge bioclimatique associée à une forte densité de population devraient être reconstruites en priorité de manière à s'adapter au changement climatique (zones de concentration de la charge thermique de l'habitat).

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.4.1 "Méthodologie pour les zones d'impact et de compensation".

Pour les espaces verts et ouverts existants, la carte indicative de planification permet d'évaluer le besoin de conservation de la fonction climatique de la ville. Celle-ci est déterminée par l'importance bioclimatique des surfaces et se fait également par un croisement des évaluations diurnes et nocturnes issues des cartes d'évaluation du scénario d'avenir P2 (avec changement climatique et développement urbain). En raison de la fonction et de l'efficacité climatiques décisives (formation d'air froid, flux d'air froid), la situation nocturne est ici beaucoup plus pondérée que la qualité de séjour bioclimatique des surfaces le jour. La situation nocturne compte donc pour 80 % de l'évaluation globale et la situation diurne pour 20 %. Au final, on dispose de quatre classes d'évaluation pour le besoin de conservation.

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.4.1 "Méthodologie pour les zones d'impact et de compensation".

Pour Iéna, les écoulements de versant surfaciques font partie du processus d'air froid au même titre que les lignes de guidage linéaires. Il n'est pas possible d'établir une délimitation spatiale claire entre la zone de génération d'air froid, l'écoulement d'air froid surfacique et les voies de guidage linéaires. Il s'agit plutôt d'un système complexe dont les fonctions s'imbriquent et se superposent.

Le développement de surfaces à l'intérieur de voies de guidage limitées dans l'espace peut conduire à un rétrécissement de la section d'écoulement et à une augmentation de la rugosité. Afin d'éviter une réduction, voire une perte de la fonction des voies de guidage, les développements architecturaux devraient être réalisés avec une extrême prudence et selon un mode de construction adapté au climat. Un accompagnement de la planification par des experts est absolument recommandé.

Les écoulements d'air froid qui suivent les pentes réagissent de manière nettement plus robuste à un développement modéré des constructions en raison des possibilités d'évitement de l'air qui existent la plupart du temps. Des regroupements à petite échelle du corps urbain existant, qui tiennent compte d'un mode de construction adapté au climat, sont en général réalisables de manière compatible avec le climat urbain.

→ autres explications dans le rapport, chap. 7.1.1 "Cartes d'analyse climatique - situation nocturne".

Dans la carte indicative de planification, les surfaces de développement sont représentées conformément à la mise à jour du plan d'occupation des sols (état : avant-projet 10/2022) en ce qui concerne leur impact sur le climat urbain. Pour les 69 surfaces de développement, une évaluation des effets sur le bien à protéger qu'est le climat a été réalisée dans le cadre du concept de climat urbain. Le degré de détail de l'évaluation et l'approche méthodologique diffèrent. Le recensement des surfaces ainsi que leur intégration dans la modélisation climatique ont été effectués en juillet 2021 et correspondent quantitativement et qualitativement à l'état des connaissances disponibles à l'époque.

Une évaluation détaillée par un expert a été réalisée pour 55 surfaces de développement et les résultats ont été résumés dans une fiche descriptive. Le résultat de l'expertise a confirmé qu'il était possible de construire sur ces surfaces sans impact significatif sur le climat local, à condition que le mode de construction soit adapté au climat.

Pour 14 surfaces de développement, aucune évaluation approfondie n'a été réalisée dans une fiche descriptive. Il s'agit de surfaces pour lesquelles une évaluation environnementale a déjà été réalisée dans le cadre de procédures de planification ou pour lesquelles une évaluation environnementale n'est pas nécessaire dans certaines conditions (procédure de planification simplifiée / accélérée, développement interne, regroupements en zone extérieure). Pour ces surfaces, il existe parfois des expertises microclimatiques concrètes liées au plan ou au projet, qui fournissent des informations plus détaillées que celles du présent concept climatique urbain. Ces surfaces de développement ont néanmoins été intégrées dans les modèles de calcul. Les résultats des modèles peuvent être lus directement à partir des cartes d'analyse ou d'évaluation du climat et enfin de la carte indicative de planification. Des informations plus précises sont disponibles dans l'aperçu de toutes les surfaces de développement FNP dans le rapport final (annexe 10.2).

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.4.2 "Évaluation des surfaces de développement FNP".

L'évaluation des effets sur le bien à protéger qu'est le climat, réalisée dans le cadre du concept de climat urbain, sert de base à l'évaluation environnementale pour déterminer les impacts environnementaux importants probables d'un projet de construction. Il s'agit de comparer la situation actuelle avec les effets prévisibles en cas de mise en œuvre du projet. La modélisation du climat urbain a donc été réalisée pour trois scénarios afin de séparer les effets du changement climatique des effets directs de l'aménagement prévu.

Une matrice d'évaluation a été élaborée pour l'évaluation du climat urbain des zones de développement du FNP. Celle-ci tient compte d'une part des effets climatiques sur la surface elle-même (comment la situation bioclimatique se présentera-t-elle probablement à l'avenir ?) et d'autre part des effets climatiques sur les surfaces voisines (y aura-t-il des changements de température importants ?). L'évaluation globale de la compatibilité climatique qui en résulte peut être consultée sur la carte des indications de planification climatique. Des informations détaillées sur les différentes surfaces de développement sont contenues dans les fiches descriptives.

→ autres explications dans le rapport, chapitre 8.4.2 "Évaluation des surfaces de développement du FNP".

Les zones urbaines qui présentent une charge thermique élevée à Iéna sont également celles pour lesquelles des mesures de réduction de la chaleur doivent être examinées et appliquées en priorité. Dans ce contexte, les développements architecturaux (réaménagement urbain) doivent être compris et utilisés comme une opportunité d'adaptation au changement climatique. La carte indicative de planification climatique fournit à cet effet des recommandations d'action fondamentales et attribue aux différentes zones urbaines des priorités quant à la nécessité de mesures d'adaptation au climat. Pour une mise en œuvre ciblée de ces recommandations de planification au sein du patrimoine bâti, le regroupement spatial (clustering) s'effectue dans ce que l'on appelle des "zones focales de canicule pour l'habitat". Ces zones cibles sont des zones d'habitation particulièrement exposées au climat et qui se distinguent en outre par une densité d'habitants supérieure à la moyenne. Des mesures d'adaptation au changement climatique et de réduction du stress dû à la chaleur doivent y être mises en œuvre en priorité.

Les sept zones ciblées suivantes sont indiquées sur la carte de planification : Centre-ville, Nord du centre-ville, Lutherstraße, Wenigenjena, Magdelstieg, Iéna-Nord et Lobeda-Vieille Ville. Le rapport contient une description de la situation architecturale et climatique ainsi que des recommandations pour des mesures d'adaptation au climat.

→ autres explications dans le rapport, chapitre 8.4.6 "Zones de concentration de la chaleur".

La carte des indications de planification montre les zones de la ville où des mesures d'amélioration de la situation thermique sont nécessaires ou recommandées. Le catalogue de mesures contenu dans le rapport présente 21 possibilités différentes de mise en œuvre et doit servir à concrétiser les indications de planification. Le choix de certaines mesures du portefeuille dépend du type de surface (utilisation, structure de construction, etc.) et des évaluations dans la carte des indications d'aménagement ou les cartes d'évaluation (par ex. charge bioclimatique la nuit et/ou le jour, importance pour le bilan d'air froid, qualité de séjour).

En principe, toutes les mesures sont susceptibles de réduire directement ou indirectement le stress thermique pour la population urbaine et de contribuer ainsi à l'obtention d'un climat urbain sain à Iéna - si les mesures sont combinées, les effets positifs des différentes mesures sur le climat urbain se renforcent généralement.

→ autres explications dans le rapport, chap. 8.5 "Catalogue de mesures pour le climat urbain".

Le "concept climatique urbain pour la ville d'Iéna" est une planification informelle avec un effet contraignant interne à l'administration. Par la décision n° 24/0130-BV du conseil municipal de la ville d'Iéna du 26 février 2025, l'administration municipale a été chargée d'utiliser le concept climatique urbain comme base de planification pour toutes les prises de position et processus de planification en matière d'écologie climatique. Les planifications informelles n'ont pas d'effet juridique direct pour les citoyens. Ils servent à la préparation, au soutien ou à la concertation préalable des planifications formelles qui suivent (planification obligatoire de la construction).

Pour la mise en œuvre de mesures d'adaptation au climat - en particulier dans les bâtiments existants (zones selon le § 34 du code de la construction) - le maire a été chargé, conformément à la décision du conseil municipal, d'examiner et d'élaborer des directives obligatoires pour la ville d'Iéna.

→ autres explications dans la résolution du conseil municipal n° 24/0130-BV "Concept climatique urbain pour la ville d'Iéna".