La température des zones urbaines et péri-urbaines est supérieure à celle des zones rurales environnantes. Cette différence peut atteindre une amplitude de 10°C dans les cas extrêmes. Elle est particulièrement marquée en hiver et la nuit, ce qui correspond à la tendance observée du réchauffement global (hausse des températures minimales plus que maximales). Le GIEC a écarté d'un revers de la main l'importance de ces "îlots de chaleur urbains" (ICU), en estimant leur éventuelle contribution à la hausse séculaire des températures à 0,05°C seulement. Or, de nombreuses études récentes ont montré que l'amplitude des ICU n'a fait que croître, que bon nombre de zones considérées comme "rurales" dans les enregistrements sont en fait péri-urbaines, que l'essentiel du réchauffement global moyen s'est concentré sur une part limitée du globe, la plus industrialisée. L'ensemble de ces travaux récents conduit à deux hypothèses : a) le réchauffement de 0,6°C peut être dû à une surestimation de la température urbaine dans la température globale ; b) quelle que soit la valeur du réchauffement réel du globe, la responsabilité des gaz à effet de serre est sans doute moindre que prévu. Ce qui invalide du même coup la plupart des modèles attribuant aux seuls GES un effet majeur sur la hausse des températures.

Si vous habitez à la campagne, et que vous regardez à la télévision les cartes de prévision météorologique, vous n'aurez pas manqué de constater un décalage constant entre la température annoncée de votre région et la température réellement observée à votre thermomètre. La raison en est simple : les températures concernent les grandes métropoles, où vivent une forte proportion de la population, et non les zones rurales. Un habitant des zones limitrophes de la région parisienne voit donc sur la carte météo du journal TV la température de Paris intra muros, qui est souvent supérieure de plusieurs degrés à celle des campagnes du bassin parisien.

Ce phénomène, connu des chercheurs du climat depuis le XIX^e siècle, est baptisé "îlot de chaleur urbain" (Oke 1976, 1982). Il désigne le fait que la modification des sols et les activités humaines réchauffent artificiellement la température d'une ville et de ses alentours. Les matériaux utilisés (brique, pierre, goudron, ciment) retiennent la chaleur reçue du soleil. Les activités thermiques (centrales, usines, chauffage, transport) sont évidemment plus importantes en ville que dans les campagnes, et varient en fonction de la taille de la population. L'effet aldebo (réflexion du flux solaire par la surface) se trouve modifié par l'occupation nouvelle des sols, de même que les émissions d'aérosols, la diminution des espaces verts et la rareté des plans d'eau modifient l'équilibre thermique et pluviométrique. Enfin, les villes créent de véritables micro-climats en altérant verticalement la composition de leur atmosphère, sur une hauteur qui peut atteindre 500 m lorsque le ciel est couvert. L'influence des îlots de chaleur urbains est donc aussi réelle que complexe (Jin 2005) et certains chercheurs comme Roger A. Pielke considèrent qu'elle peut surpasser celle des émissions de gaz à effet de serre (Pielke 2002).

Si les îlots de chaleur urbains (ICU) sont en moyenne 1,5 à 2,5 °C plus chaud que les campagnes environnantes, il arrive que le différentiel de température atteigne 8 à 10 °C pour les très grandes agglomérations et dans certaines conditions (nuit hivernale peu venteuse par exemple). En moyenne, l'effet des  ICU est plus marqué en hiver qu'en été (plus de chauffage) et la nuit que le jour (réémission dans l'atmosphère de la chaleur diurne absorbée par les bâtiments). Ce constat n'est pas sans évoquer celui du GIEC : l'augmentation moyenne de la température globale au cours du XXe siècle a, elle aussi, été plus notable en hiver qu'en été et pour les températures nocturnes que pour les températures diurnes. Toutefois, le rapport 2001 du GIEC considère que l'apport des ICU au réchauffement global est très faible (s'il existe) et ne saurait en tout état de cause excéder 0,05°C sur un siècle. Il existe pourtant quelques solides raisons de douter de cette conclusion.

La plupart des stations météorologiques terrestres fournissant les bases de données actuelles n'ont pas été conçues et installées pour analyser les grandes tendances du réchauffement mondial, mais pour donner des informations locales à court terme. Or, ces stations ont rapidement été "englouties" dans le périmètre urbain au cours du XXe siècle. Selon l'ONU, les populations urbaines représentaient 29,1% de la population mondiale en 1950, mais 48,3% en 2003. Le phénomène est plus marqué encore dans les pays développés, où se situe la majeure partie des données sur le réchauffement : l'urbanisation concerne ici 74,5 % de l'occupation humaine en 2003 (52,5% en 1950) (Onu, World Urbanization Prospects, http://esa.un.org/unup/).

Le réchauffement planétaire récent n'a pas été uniforme dans le temps ni l'espace. Une réévaluation récente de Jones et Moberg montre deux phases de réchauffement, 1920-1945 et 1975-2000. La seconde est plus forte en amplitude et généralement considérée comme la "marque" distinctive du réchauffement dû au forçage anthropique, particulièrement à l'émission de gaz à effet de serre. Mais cette phase récente n'est statistiquement significative que dans 10 à 20% des grilles utilisées par les modèles en climatologie. Et ces grilles où le réchauffement est marqué concernent principalement des régions très peuplées connaissant un développement industriel (Jones 2003).

Bon nombre d'études ont établi la réalité et l'ampleur des ICU. Et pas seulement en Occident.


Des études partout à travers le monde

En Chine, Zhou et al ont examiné l'évolution récente du climat (1978-2000), dans une période où la population urbaine est passée de 18 à 39 % et où la croissance économique annuelle moyenne a été de 9,5%. A partir des données hivernales de 194 stations réparties dans 13 provinces, ils ont conclu que l'effet des ICU est de 0,05°C par décennie - dix fois plus que le chiffre retenu par le GIEC. Les auteurs reconnaissent que les données hivernales provoquent une distorsion positive (c'est là que l'ICU est le plus sensible), mais soulignent néanmoins l'étonnante disparité entre leurs résultats et les évaluations précédentes (Zhou 2004).

Au Japon, Fumiaki Fujibe a pu utiliser des données sur des séries longues (plus de 100 ans, 1891-1992, dans 60 stations). Il a constaté une hausse des températures minimales dans les grandes villes de l'ordre de 2 à 5°C par siècle alors que dans le même temps, l'augmentation des températures dans les petites villes était limitée à 1°C. (Fujibe 1995 ; cf. aussi pour le Japon Ichinose in Mastumo, Kida 2001).

En Inde, L.S. Hingare a observé l'évolution de la température, des précipitations et de la composition de la troposphère dans une vaste ceinture urbaine à haute densité de population, incluant Bombay et Calcutta, en comparaison des régions rurales adjacentes du sous-continent. Il en ressort que la température de l'air a subi une importante augmentation au cours du siècle passé (0,84°C pour Bombay, 1,39°C pour Calcutta) alors que la tendance n'est pas observée dans les zones rurales. Il en va de même pour les précipitations et pour la composition de la troposphère, où les concentrations en méthane, dioxyde de carbone et ozone sont plus importantes au-dessus des grandes cités que dans les campagnes (Hingare 1996).

En Amérique latine, l'équipe de Jorge E. Gonzalez s'est récemment penchée sur la cité de San Juan (Porto Rico), une ville en zône côtière et tropicale de 2 millions d'habitants. Cette étude est particulièrement intéressante car les villes côtières sont habituellement considérées comme exemptes de l'effet ICU en raison de l'importance des brises marines dans leur micro-climat. Or, les auteurs ont constaté que les températures enregistrées ont augmenté de 0,06°C par an depuis trente ans, sans que le phénomène soit documenté dans les zones adjacentes bénéficiant encore d'une forte couverture végétale. Ils remarquent : "C'est une tendance qui peut être comparée à celle des changements climatiques induits par le réchauffement global" (Gonzalez 2005).


Aux Etats-Unis, un effet urbain clairement reconnu

Aux Etats-Unis, Eugenia Calnay and Ming Cai ont réanalysé 50 années de données brutes (1950-1999) dans 1982 stations terrestres, situées à moins de 500 mètres d'altitude, dans 48 Etats. Ils ont constaté que l'urbanisation et la modification du sol ont provoqué à elle seule une hausse des températures de 0,27 °C, dont 0,18°C pour les deux dernières décennies. Leur travail a également montré que la seule prise en compte de l'urbanisation est insuffisante, car les pratiques agricoles des zones rurales ont elles aussi un effet à la hausse sur les températures (Calnay 2003). Cette étude confirme une différence moyenne de 0,45°C constatée entre les stations rurales et les stations urbaines du réseau climatologique historique des Etats-Unis (USHCN) trouvée quelques années plus tôt, sur la base de 1121 stations analysées entre 1950 et 1990 (Hansen 1999)

Dans une étude souvent citée, David R. Streutker a analysé en détail l'évolution de l'ICU de Houston entre 1985-1987 et 1999-2001. Cette analyse est particulièrement intéressante à trois titres. D'abord, elle a utilisé des mesures satellitaires par radiométrie à haute résolution plutôt que des mesures de surface par station (ou des mesures satellite à basse résolution, comme c'est le plus souvent le cas pour l'étude des ICU). Ensuite, elle enregistre l'effet de la "décennie la plus chaude du XXe siècle", qui inclut "l'année record des 100 (voire de 1000) dernières années", à savoir 1998. Enfin, elle analyse en détail la dynamique d'une ville sur dix ans. Houston est une cité de 1,95 million d'habitants située dans le Texas. Dans la période étudiée par Streutker, elle a connu une augmentation de 20% de sa population. C'est une cité peuplée, mais assez peu dense puisqu'elle s'étale sur 1400 km2. L'agglomération de Houston inclut quant à elle 4,2 millions de personnes. 82 enregistrements ont été utilisés entre 1985 et 1987, 125 autres entre 1999 et 2001, dans des conditions météorologiques comparables. Les températures moyennes nocturne ont augmenté en moyenne de 0,82°C entre 1987 et 1999, dans une proportion comparable à l'accroissement de la population constatée, sur une aire comprise entre 170 et 650 km2 selon la méthode d'évaluation retenue (Streutker 2003). Cette augmentation de presque 1 °C par décennie est sans commune mesure avec le réchauffement global moyen constaté sur cette période (de l'ordre de 0,06°C entre l'année 1999 et l'année 1987).

Une autre méthode pour évaluer l'impact des activités humaines consiste à comparer des indicateurs du développement économique (revenus, PNB, taux de croissance, consommation d'énergie, etc.) avec l'évolution des températures locales. P. Michaels et R. McKitrick se sont consacrés à cet exercice en analysant 200 stations météorologiques de 93 pays, sur la période 1979-2000. Il en ressort que la magnitude du développement économique permet de prédire la magnitude de l'évolution des températures de chacune de ces stations.

On constate donc que de nombreuses données relevées à travers le monde confirme l'importance des ICU sur l'évolution des températures locales. Et donc globales dans la mesure où bon nombre de stations terrestres sont situées dans ou à la périphérie des villes. Car ce serait une erreur de penser que l'ICU ne concerne que de très grandes agglomérations de centaines de milliers ou de millions d'habitants.

Hansen 2001 : 20 à 30% du réchauffement récent dû aux villes ?

Pour distinguer un climat rural d'un climat urbain, il faut poser une frontière. Le chiffre de 10.000 habitants est souvent retenu comme limite entre les deux zones. Or, dès les années 1970, on savait que des villes de moins de mille habitants peuvent provoquer un ICU avec des différences de 2 à 2,5°C par rapport aux zones environnantes (Oke 1976). Une étude récente de climatologues australiens (Torok 2001) a comparé l'évolution des températures dans une grande agglomération de 3 millions d'habitants (Melbourne) et dans quatre petites villes de moins de 10.000 habitants. Elle a confirmé que l'ICU est déjà sensible dans les villages et que les différences de température avec la zone environnante se graduent dans une proportion logarithmique avec la population considérée. Or c'est là qu' "une proportion significative des stations climatologiques sont installées", rappellent les auteurs dans leur conclusion, en soulignant que les données européennes et américaines sont sans doute plus sensibles encore au phénomène compte tenu de leur densité et de leur croissance importantes.

Par ailleurs, les simples indications de population ne sont pas toujours pertinentes, ne serait-ce qu'en raison des retards dans la mise à jour des données démographiques relatives à chaque station. L'équipe de J. Hansen (NASA, Goddard Institute for Space Studies) a proposé à la fin des années 1990 de prendre en compte la luminosité des zones concernées telle qu'elle peut être capturée par les images satellitaires (voir aussi Gallo 1999). Or, la plupart des stations considérées comme rurales sur la base de la population se révèlent péri-urbaines selon cette nouvelle grille d'analyse - c'est-à-dire qu'elles sont plus sensibles aux effets du réchauffement local. Les données brutes réajustées montrent que les stations rurales américaines ont connu un refroidissement de 0,05°C entre 1900 et 1999, alors que les zones urbaines ont connu un réchauffement de 0,25°C dans la même période, les régions périurbaines intermédiaires se situant au milieu de ces deux tendances contradictoires (Hansen 2001). 

Une fois appliquée ce nouveau critère et les corrections sr les données brutes, ils en concluent : "Les résultats suggèrent que les stations urbaines et péri-urbaines dans la base homogénéisée USHCN peuvent encore contenir une réchauffement urbain de 0,1°C pour 100 ans". C'est-à-dire que les Tm urbain+ péri-urbain+campagne montrent 0,1°C de plus en 100 ans que les Tm campagne seule sur la base USHCN.

0,1°C, cela peut paraître faible. Mais le même article donne une hausse globale des Tm sur 100 ans aux Etats-Unis estimée entre 0,32°C (GISS) et 0,46°C (USHCN). Cela signifie donc que 20 à 30 % réchauffement global américain sont susceptibles d'être attribués à l'effet urbain. On est quand même très loin de l'influence nulle ou négligeable du rapport du GIEC.


Deux études seulement ne trouvent aucun effet des ICU

Devant l'accumulation des preuves, le camp des "alarmistes" ne cite généralement pour sa défense que deux études sur ce domaine précis. La première est une réévaluation du climat des Etats-Unis au XX^e siècle, montrant que les températures rurales et urbaines ne varient pas sensiblement quand les corrections statistiques et homogénéisations nécessaires sont apportées (Peterson 2003). Mais cette étude ne concerne que les Etats-Unis ; elle a été menée sur une période si courte (1989-1991) qu'elle n'est pas significative sur les tendances à long terme ; et l'ampleur des "corrections" et "homogénéisation" des données brutes est  ce qui fait en partie débat.

La seconde étude est une comparaison de 264 stations rurales et urbaines dans le monde, entre 1950 et 2000. L'auteur, David E. Parker, a fait un choix théorique a priori intéressant : il a comparé les relevés des nuits venteuses avec les autres. Le vent diminue l'effet des ICU et, si celui-ci est pertinent, la différence entre nuits venteuses et nuits calmes devrait être notable. Or, il n'en est rien. Parker en conclut que le réchauffement urbain n'a pas introduit de biais significatif dans la mesure du réchauffement global (Parker 2004). Mais cette étude a fait l'objet d'une réfutation de sa base théorique par Roger A. Pielke et Toshihisa Mastu. Les chercheurs ont notamment rappelé que les variations individuelles de température à différentes hauteurs de la surface du sol dépendent d'autres facteurs que la seule force du vent, notamment de la chaleur accumulée dans les couches basses  (Pielke 2005). Il est à signaler que Pielke et Matsui ont d'abord souhaité publier leur travail dans la revue Nature, où Parker avait lui-même publié. De tels commentaires critiques sont la règle dans les publications scientifiques, puisqu'ils permettent au débat d'avancer. Mais Nature a refusé la demande - un fait qui n'est malheureusement pas isolé (cf. l'affaire de la "crosse de hockey" pour mesurer les difficultés d'un débat normal aujourd'hui sur le réchauffement).

Conclusion
- Il est très probable que l'importance accordée aux ICU par le rapport du GIEC - 0,05°C par siècle - a été  largement sous-estimée.
- Les ICU sont documentés sur tous les continents. Ils concernent aussi bien les villes côtières ou les villages de 1000 habitants (ce qui est peu ou pas pris en compte dans leur évaluation), de sorte que la plupart des enregistrements de température à la surface du sol sont "contaminés" par ces réchauffements locaux.
- Le rôle des ICU est conforme à la distribution du réchauffement réellement constaté depuis un siècle, qui n'est statistiquement significatif que dans 10 à 20% des grilles quadrillant le globe.
- Les modèles climatiques de projection pour le XXI^e siècle, fondés sur cette sous-évaluation originelle des ICU, sont eux aussi faussés. Les ICU représentent à leur manière un forçage anthropique du climat. Mais leur part dans l'augmentation de la température globale enregistrée doit être déduite de celle des autres forçages, notamment des fameux gaz à effet de serre qui retiennent l'essentiel de l'attention médiatique et motivent l'essentiel des décisions politiques.
- Comme on le sait par ailleurs, les données sur la température de l'atmosphère (ballons sondes, satellites) ne retrouvent pas le réchauffement constatés au sol, laissant à penser soit que le réchauffement terrestre est moindre que prévu, soit que les modèles sont faux.

Références