vignette|Thermographie montrant les fortes chaleurs (en rouge) et les pics de chaleur (en blanc) à Atlanta. vignette|Augmentation de la température moyenne de grandes villes japonaises, avec net effet de bulle de chaleur urbaine à Tokyo (en jaune). vignette|Profil d'îlot de chaleur urbain. 1 = résidentiel de banlieue, 2 = parc; 3 = Résidentiel urbain; 4 = centre-ville; 5 = Commercial; 6 = résidentiel suburbain; 7 = Rural
Un îlot de chaleur urbain (abrégé ICU) est une élévation localisée des températures, particulièrement des températures maximales diurnes et nocturnes, enregistrées en milieu urbain par rapport aux zones rurales ou forestières voisines ou par rapport aux températures moyennes régionales. Ce dôme thermique créant une sorte de serait compris et décrit pour la première fois au à Londres par Luke Howard, un pharmacien passionné par la météorologie qui publie en 1818-1820 en deux volumes, dans lequel il note une différence des températures diurnes de et nocturnes de l'ordre de entre le centre de Londres et sa campagne..
L'îlot est favorisé par différentes utilisations et couvertures du sol (minéralisation de l'espace public, configurations des villesTaille, hauteur, forme, disposition des bâtiments… qui réduisent le rafraîchissement par les vents et par l'évapotranspiration, densité du bâti qui absorbe de la chaleur et la restitue lentement pendant la nuit sous la forme de rayonnement infrarouge), ainsi que par les sources anthropiques d'émission de chaleur (rejets d'air chaud liés à la circulation routière, à l'éclairage public, aux industries, au chauffage et à la climatisation…). Au sein d'une même ville, des différences importantes de température peuvent être relevées selon la nature de l'occupation du sol (forêt, étendues d'eau, banlieue, ville dense...), l'albédo, le relief et l'exposition (versant sud ou nord), et bien entendu selon la saison et le type de tempsCantat O., 2004. L’îlot de chaleur urbain parisien selon les types de temps, Norois, 191, 75-102..
Les îlots de chaleur sont des microclimats artificiels qui peuvent avoir des impacts importants en créant des situations d'inconfort thermique qui ont un effet néfaste sur la santé humaine (insuffisance respiratoire, maladies cardiovasculaires, cérébrovasculaires, neurologiques et rénales) B. Stone, J. J. Hess, and H. Frumkin, Urban form and extreme heat events: Are sprawling cities more vulnerable to climate change than compact cities?, Environ. Health Perspect, 118, 1425 (2010). et sur la consommation énergétique urbaineM. Santamouris, C. Cartalis, A. Synnefa, and D. Kolokotsa, On the impact of urban heat island and global warming on the power demand and electricity consumption of buildings—A review, Energ. Build. 98, 2015, 119..
Ce réchauffement semble en voie d'aggravation How vulnerable is your city ?, Agence européenne de l'environnement, 2012 : étude sur l'impact du changement climatique en milieu urbain (vagues de chaleur, sécheresse, inondations)., et nécessite des stratégies nouvelles d'adaptation (stratégies de réduction d'ICU : limitation des surfaces minéralisées, végétalisation des bâtiments et des espaces urbains, rétention de l'eau par le sol ou dans des bassins, écoconstruction et gestion des transports réduisant la production de chaleur anthropiqueLes principales sources de chaleur anthropique sont le trafic automobile, le chauffage des bâtiments, les activités industrielles., augmentation de l'albédo des surfaces)Adaptation des villes au changement climatique, Agence européenne de l'environnement, 2012...
Lexicographie La notion est entrée dans les dictionnaires de référence de la langue française au début des années 2020 : îlot de chaleur urbain apparait dans Le Petit Robert en 2022 (édition millésimée 2023) Alexandra Milhat, « "Wokisme", "covidé", "genre fluide"... Quels sont les nouveaux mots du dictionnaire Petit Robert ? », caminteresse.fr, 11 mai 2022. et îlot de chaleur dans Le Petit Larousse en 2024 (édition millésimée 2025)Julie Bernichan, « Quiz : kombucha, RIP, deuil blanc… connaissez-vous la définition des « nouveaux mots » du dictionnaire ? », leparisien.fr, mai 2024..
Enjeux actuels et prospectifs
Selon l'Observatoire national sur les effets du réchauffement climatique (ONERC), la population urbaine française a plus que doublé de 1936 à 2006. Elle est passée de à près de d'urbains ; une personne sur deux résidait en ville en 1936 contre plus de trois sur quatre vers 2010ONERC, Villes et adaptation au changement climatique (version PDF) , rapport au Premier ministre et au Parlement, La Documentation française, . Or, les villes présentent des enjeux particuliers, car . Les bulles de chaleur peuvent affecter la qualité de vie de ces citadins, ainsi que leur santé. L'adaptation au changement climatique, par la végétalisation des sols, murs, toitures et terrasses, et par un urbanisme différent, est un enjeu pour l'urbanisme du .
Certaines villes ont été pionnières en matière d'expérimentation dont Chicago (États-Unis), Durban (Afrique du Sud), Keene (États-Unis), Londres (Royaume-Uni), New York (États-Unis), Port Phillip (Australie), Rotterdam (Pays-Bas), Toronto (Canada).
Les villes se réchauffent plus vite que le reste du territoire. Une modélisation et des cartes interactives faites par l'Agence européenne pour l'environnement montrent les villes européennes les plus affectées par les évolutions climatiques, sur la base de données collectées dans environ . Outre les vagues de chaleur, des cartes de pollution sonore, de qualité de l’air ou de qualité des eaux de baignade européennes complètent l'outil, ainsi qu'un rapport Challenges and opportunities for cities together with supportive national and European policies, Agence européenne pour l'environnement, ..
Causes Ces « bulles de chaleur » sont induites par le croisement de deux facteurs : des activités humaines plus intenses et surtout concentrées dans les villes. Certaines de ces activités sont des sources importantes et chroniques de chaleur comme les usines, moteurs à explosion, moteurs à réaction des avions (tout particulièrement au décollage), chaudières (individuelles ou collectives), systèmes de climatisation, eaux chaudes circulant dans les égouts, réseaux de chaleur anciens parfois mal isolés ; une modification de la nature de la surface du sol, l'urbanisation rendant la ville plus absorbante de rayonnement solaire que ne le fait un milieu naturel ou cultivé. Les surfaces noires (goudron, terrasses goudronnées, matériaux foncés, et nombre de bâtiments vitrés) se comportent comme des capteurs solaires ou des serres qui renvoient ensuite cette énergie sous forme de rayonnement infrarouge, lequel réchauffe l'air urbain et, en l'absence de vent, tout l'environnement urbain. La ville a comme effet sur les régimes des vents de diminuer leur vitesse à cause des nombreux obstacles qu'elle crée, ce qui réduit l'action rafraîchissante des vents qui dissipent le cumul de chaleur, évacuent les surchauffes, et favorisent l'évapotranspiration..
Problèmes Ces îlots atténuent fortement les effets du froid en ville, mais posent plusieurs problèmes. Aux échelles locales (cours intérieures en particulier) la climatisation électrique peut exacerber le phénomène ; les climatiseurs rafraîchissent l'intérieur du bâtiment, mais en rejetant les calories dans des lieux parfois peu ventilés qu'ils échauffent, ce qui entretient une surchauffe du bâtiment. Ils diminuent les rosées, brumes et brouillards urbains (hors communes littorales et de vallées profondes). Or les rosées et brumes, si elles contribuent aux problèmes d'attaques acides du bâti dans les zones où l'air est acide, contribuent aussi à épurer l'air des aérosols et de certaines poussières et pollens en suspension. Ils renforcent la pollution de l'air en aggravant les smogs et les effets d'inversion atmosphérique (sources de confinement de pollutions sous le plafond urbain). Ils en aggravent les effets sanitaires. Ils peuvent contribuer à modifier la composition physico-chimique de l'air, favorisant certaines pollutions photochimiques. Ils renforcent les effets sanitaires et socio-économiques des canicules. Ils perturbent le relevé des moyennes des températures régionales et locales et donc les prévisions météorologiques, car beaucoup de stations météorologiques ont été entourées au cours du par un tissu urbain de plus en plus dense et « chaud ». Les précipitations augmentent au-dessus des villes.. Comme l'air est légèrement plus chaud au-dessus des zones urbaines, les cumulonimbus se développeront en priorité dans ces régions et donc les orages se formeront en priorité au-dessus des villes.
L'urbanisme comme cause et solution
vignette|Divers albédos de l'environnement urbain. La minéralité des villes, la densité et la géométrie du bâti sont des éléments fondamentaux dans la formation des îlots de chaleur. La végétalisation participe à la formation d'un îlot de fraîcheur urbain, principalement grâce au rôle de l'évapotranspiration et surtout de la transpiration végétale qui rafraîchissent le microclimat extérieur procheLa consommation de chaleur latente relative au changement d'état de l'eau (environ par gramme d'eau évaporé) a un effet de rafraîchissement au niveau local. La transpiration est dix fois plus efficace que l'évaporation du sol. Voir .. La structure et l'albédo des villes, ainsi que leur manque de végétation (qui en outre, quand elle existe, diffère souvent fortement de la flore naturelle et des zones rurales) prédisposent les villes aux bulles de chaleur. Des milieux à taux de substrats minéraux (falaises rocheuses) ou végétal presque comparables existent dans la nature (falaises, canyon...), mais certains matériaux (verre, métal) et surtout les infrastructures de types routes imperméabilisées n'y sont pas présents. L'accélération et la forte artificialisation du cycle de l'eau sont des caractéristiques urbaines qui ont d'importants impacts climatiques.
Un premier facteur clef est l'albédo, c'est-à-dire la mesure de la capacité d'une surface à renvoyer l'énergie solaire incidente (qui arrive à la surface de la terre). C'est un chiffre compris entre 0 et 1, 0 correspondant à une surface parfaitement de corps noir qui absorbe la totalité de l'énergie incidente, et 1 au miroir parfait qui renvoie la totalité de l'énergie incidente. Les surfaces sombres absorbent en effet une quantité importante d'énergie solaire et se réchauffent donc très vite. Les villes, majoritairement bétonnées et goudronnées, présentent des surfaces sombres qui se réchauffent ainsi très rapidement au soleil, et qui absorbent pendant la journée 15 à 30 % d'énergie de plus qu'une aire urbaine. Les après-midis ensoleillés permettent donc au thermomètre d'afficher des maximums largement supérieurs aux zones rurales environnantes. L'effet disparaît à la tombée de la nuit, ce qui explique que les températures maximales soient généralement les plus affectées. La nuit, les matériaux qui ont accumulé la chaleur diurne en relarguent une partie (restitution lente de la chaleur par radiation infrarouge) , limitant leur possibilité de se rafraîchir là où l'air circule peuMartine Tabeaud, « Les villes font-elles leur temps ? », in Elisabeth Dorier-Apprill, Ville et environnement, 2006, . ;