Consolidation de la méthodologie de construction des zones climatiques locales (LCZ) pour l’analyse de la vulnérabilité des populations à la chaleur

L’équipe GEODATICS travaille sur l'ensemble de la filière de l'information géographique : captation, collecte, traitements spatiaux et statistiques, restitution. L'idée principale est de mettre en œuvre des analyses spatiales pour aboutir à la mise en perspective de phénomènes / processus ou d'organisations particulières des territoires qui influent sur l'environnement et le climat. Les membres de l'équipe se concentrent également sur des dispositifs qui permettent d'aller vers une science au plus proche de la société. A cet égard, l’équipe déploie et fait évoluer les méthodes et les outils qui offrent la possibilité aux citoyen.nes d’une part, d’être acteurs de la science et d’autre part, d'être impliqués sur leurs territoires à l’image du projet NoiseCapture (https://noise-planet.org/map_noisecapture) ou de l’expérience scientifique VéloClimat (https://geomanum.org/fr/projets/veloclimat).

Les travaux de l’équipe concernent :
    • la modélisation conceptuelle et l'organisation des données géographiques (à différentes échelles spatiales et temporelles).
    • les algorithmes d'analyses spatiales (pour identifier les organisations territoriales, produire des indicateurs …).
    • le couplage entre les modèles physiques et les outils et méthodes des SIG.
    • les méthodes et modèles statistiques pour décrire, expliquer et prédire les phénomènes étudiés.
    • la représentation cartographique et ses standards.

Avec l’augmentation de l’intensité et de la fréquence des vagues de chaleur liées au dérèglement climatique, le climat observé en contexte urbain se modifie. Le nombre d’épisodes de surchauffe urbaine diurne augmente de même que la fréquence des îlots de chaleur urbains (ICU), particulièrement développés en période nocturne. Un grand nombre de paramètres (occupation du sol, topographie, morphologie urbaine, matériaux urbains et activités humaines) jouent un rôle à la fois sur l’émergence et sur l’intensité de ces deux phénomènes (Oke et al., 2017).

Afin d’appréhender la complexité du système climatique urbain, le concept de zone climatique locale (LCZ - Stewart & Oke, 2012) a été proposé. À l'origine, ce concept a été pensé pour documenter et enrichir les métadonnées des mesures météorologiques sur le terrain. Cependant, cette classification a été reprise par les urbanistes et son utilisation est progressivement passée d'un outil de recherche à un outil opérationnel.

La classification LCZ permet de guider l’analyse géographique d'un territoire et d’étudier le climat urbain de l’échelle locale à l’échelle de l’agglomération. Il s’agit d’une classification de l'environnement urbain selon 17 types (dix types de LCZ urbaines et sept types de LCZ rurales). Les LCZ sont des zones homogènes qui présentent des caractéristiques urbaines spécifiques et un comportement thermique particulier. Elles sont notamment définies par dix indicateurs prenant en compte la morphologie urbaine, l’occupation du sol, les matériaux urbains et la création de chaleur d’origine anthropique. Cette approche présente l’intérêt de qualifier la réponse thermique d’un quartier à un épisode caniculaire en se basant sur l’organisation géographique et les caractéristiques physiques d’un
territoire (Leconte et al., 2014). 

La construction d'une carte LCZ pour un territoire donné est une tâche très chronophage, c'est pourquoi les chercheurs ont proposé différentes méthodes pour générer automatiquement des cartes LCZ. Basé sur les données géographiques dites vectorielles, l’outil GeoClimate a été développé pour répondre à ce besoin de traitement d’information géographique au service de la recherche en climatologie urbaine. GeoClimate est une boîte à outils géospatiale qui permet de segmenter le territoire en unité topographique, de calculer plus d’une centaine d’indicateurs à trois échelles spatiales différentes (bâtiment, îlot, unité topographique), et de produire des cartes LCZ sur la base de ces calculs (Bocher et al., 2021). Il s’agit d’un outil open source dont les fonctionnalités évoluent et s’enrichissent en fonction des besoins (https://geoclimate.readthedocs.io/en/latest/index.html).

Les modifications du climat urbain et leurs conséquences toucheront les populations urbaines, et en particulier certains groupes démographiques et socio-économiques. L’étude de la vulnérabilité des populations est une nécessité dans le cadre de l’adaptation au changement climatique et fait l’objet d’un intérêt croissant. Les études scientifiques portant sur la question de la vulnérabilité des populations aux fortes chaleurs d’un point de vue quantitatif se sont multipliées ces vingt dernières années (Li et al., 2022).

L’étude de la vulnérabilité nécessite de prendre en compte l’exposition des populations, leur sensibilité et de leur capacité d’adaptation aux fortes chaleurs. Dans le calcul des indices de vulnérabilité aux fortes chaleurs, deux approches de caractérisation de l’exposition ont été identifiées : les données environnementales satellitaires (température de surface, indice de végétation) et les zones climatiques locales. Ce stage s’intéresse à la deuxième approche qui est moins répandue mais qui présente l’intérêt de synthétiser dans une unique donnée l’exposition. Ce stage a pour objectif la consolidation de la méthodologie de construction des zones climatiques locales produites avec l’outil GeoClimate dans une perspective d’analyse de la vulnérabilité des populations aux fortes chaleurs.

Missions du stage

Le stage s’organise donc autour de deux principaux objectifs :

1. Réaliser un état de l’art sur les indices de vulnérabilité des populations aux fortes chaleurs existants, notamment des méthodes qui se basent sur les LCZ. Il s’agira de faire l’état des lieux
des données et méthodes employées, en fonction des échelles spatiales considérées. 

2. Contribuer à la consolidation de la méthodologie de construction des LCZ avec GeoClimate afin de préparer les données de qualification de la réponse thermique qui seront utilisées ultérieurement pour l’analyse de la vulnérabilité. Il s’agira donc de prendre en compte la taille des LCZ, les effets de voisinage et d’échelle, et la structure de l’agglomération qui occasionnent des comportements thermiques spécifiques.

Compétences scientifiques et techniques attendues :
•Solides compétences en SIG ;
•Compétences appréciées en bases de données et langage SQL ;
•Compétence en programmation scientifique (Python, Java ou R) ;
•Intérêt pour les questions climatiques et environnementales.

Compétences transversales et aptitudes attendues :
•Rigueur et autonomie ;
•Bonne capacité de communication à l'oral et l'écrit en français et anglais ;
•Esprit de synthèse et d’initiative ;
•Capacité d'écoute, d'analyse et de travail en équipe.