Une nouvelle modélisation à l’échelle nationale indique des disparités raciales généralisées dans le stress thermique urbain

Des noyaux urbains densément construits aux banlieues tentaculaires, les villes sont complexes. Cette complexité peut conduire à des points chauds de température dans les villes, certains quartiers (et leurs habitants) étant confrontés à plus de chaleur que d’autres.

La compréhension de cette disparité environnementale forme l’esprit de nouvelle recherche dirigée par des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l’Énergie. Dans un nouvel article examinant toutes les grandes villes des États-Unis, les auteurs constatent que le résident noir moyen est exposé à un air plus chaud de 0,28 degrés Celsius par rapport à la moyenne de la ville. En revanche, le résident urbain blanc moyen vit là où la température de l’air est plus froide de 0,22 degrés Celsius par rapport à la même moyenne.

Les nouveaux travaux, publiés la semaine dernière dans la revue Une Terre, impliquait un effort en deux parties. Les auteurs de l’étude visaient à produire une estimation nationale plus utile du stress thermique urbain – un compte rendu plus précis de la façon dont notre corps réagit à la chaleur extérieure. En créant et en comparant ces estimations aux données démographiques, ils ont également tenté de mieux comprendre quelles populations sont les plus exposées au stress thermique urbain.

Les résultats révèlent des disparités omniprésentes fondées sur le revenu et la race dans les villes américaines. Presque toute la population urbaine des États-Unis – 94 %, soit environ 228 millions de personnes – vit dans des villes où le pic d’exposition au stress thermique en été pèse de manière disproportionnée sur les pauvres.

Les auteurs de l’étude constatent également que les personnes qui vivent maintenant dans des quartiers historiquement délimités, où les demandeurs de prêt étaient autrefois refusés pour des motifs de discrimination raciale, seraient exposées à un stress thermique extérieur plus élevé que leurs voisins vivant dans des parties de la ville à l’origine non délimitées.

Les travaux mettent également en évidence les lacunes de l’approche typique adoptée par les scientifiques pour estimer le stress thermique urbain à ces échelles, qui s’appuie souvent sur des données satellitaires. Cette méthode satellitaire conventionnelle peut surestimer ces disparités, selon les nouveaux travaux. Alors que le monde se réchauffe, les résultats devraient éclairer les plans de réponse à la chaleur urbaine proposés par les gouvernements locaux qui cherchent à aider les groupes vulnérables.

Qu’est-ce que le stress thermique ?

Le corps humain a évolué pour fonctionner dans une plage de température relativement étroite. Augmentez votre température corporelle centrale au-delà de six ou sept degrés et des conséquences physiologiques drastiques s’ensuivront bientôt. Les processus cellulaires se décomposent, le cœur est mis à rude épreuve et les organes commencent à défaillir.

La transpiration aide. Mais le pouvoir de refroidissement de la transpiration dépend en partie de l’humidité de l’environnement. Lorsque la chaleur et l’humidité sont omniprésentes et difficiles à évacuer, le corps a du mal à s’adapter.

Comment mesure-t-on le stress thermique ?

Pour mesurer le stress thermique, les scientifiques utilisent une poignée d’indicateurs, dont beaucoup dépendent de la température et de l’humidité de l’air. Les stations météorologiques fournissent de telles données. Cependant, comme la plupart des stations météorologiques se trouvent en dehors des villes, les scientifiques s’appuient souvent sur d’autres moyens pour se faire une idée du stress thermique urbain, notamment en utilisant des capteurs sur des satellites.

Ces capteurs déduisent la température de la surface terrestre à partir de mesures de rayonnement thermique. Mais de telles mesures ne fournissent pas une image complète du stress thermique, a déclaré l’auteur principal et scientifique de la Terre TC Chakraborty. Mesurer juste la peau de la Terre, comme la surface d’un trottoir ou d’une parcelle d’herbe, a déclaré Chakraborty, n’offre qu’une idée de ce que c’est que de s’allonger à plat sur cette surface.

« À moins que vous ne marchiez pieds nus ou allongé nu sur le sol, vous ne ressentez pas vraiment cela », a déclaré Chakraborty. « La température de la surface terrestre est, au mieux, un indicateur grossier du stress thermique urbain. »

En effet, la plupart d’entre nous sommes debout, nous déplaçant dans un monde où la température de l’air et l’humidité dictent la sensation réelle de chaleur. Et ces données satellitaires ne sont disponibles que pour les jours de ciel clair, un autre facteur limitant. Des estimations plus complètes et physiologiquement pertinentes du stress thermique intègrent un mélange de facteurs, que les modèles peuvent fournir, a déclaré Chakraborty.

Pour mieux comprendre les différences entre la température de la surface terrestre dérivée des satellites et l’exposition à la chaleur ambiante dans les villes, l’équipe de Chakraborty a examiné 481 zones urbanisées à travers les États-Unis continentaux en utilisant à la fois des satellites et des simulations de modèles.

Le satellite Aqua de la NASA a fourni la température de la surface terrestre ; et grâce à des simulations de modèles qui tiennent compte des zones urbaines, les auteurs ont généré des estimations nationales de toutes les variables nécessaires pour calculer le stress dû à la chaleur humide. Deux de ces paramètres de stress thermique – le National Weather Service’s indice de chaleur et le Humidexsouvent utilisé par les météorologues canadiens, a permis aux scientifiques de saisir les impacts combinés de la température et de l’humidité de l’air sur le corps humain.

Ils ont ensuite identifié les points chauds de stress thermique à travers le pays pendant les jours d’été entre 2014 et 2018. En superposant les cartes des quartiers historiquement délimités et des secteurs de recensement, l’équipe a identifié les relations entre l’exposition à la chaleur et les communautés.

Comment la chaleur est-elle distribuée dans les villes ?

Les résidents des quartiers pauvres sont souvent confrontés à un stress thermique plus important. Et un plus grand degré d’inégalité des revenus dans une ville donnée signifie souvent une plus grande exposition au stress thermique pour ses habitants les plus pauvres.

La plupart des villes américaines, y compris des villes très peuplées comme New York, Los Angeles, Chicago et Philadelphie, présentent cette disparité. Mais la relation entre le stress thermique et la ségrégation résidentielle fondée sur la race est encore plus frappante.

Environ 87,5 % des villes étudiées montrent que les populations noires vivent dans des parties de la ville avec des températures de surface terrestres plus élevées, un air plus chaud et un stress thermique humide plus important. De plus, l’association entre le degré de disparité du stress thermique et le degré de ségrégation entre les populations blanches et non blanches dans les villes est particulièrement frappante, a déclaré Chakraborty.

« La majorité – 83 % – des résidents urbains américains non blancs vivent dans des villes où le stress dû à la chaleur humide extérieure les pèse de manière disproportionnée », a déclaré Chakraborty, « De plus, des pourcentages plus élevés de toutes les races autres que blanches sont positivement corrélés à une plus grande exposition à la chaleur, peu importe quelle variable vous utilisez pour l’évaluer. »

Dans les années 1930, la Home Owners’ Loan Corporation du gouvernement fédéral américain a classé les quartiers dans le but de classer la pertinence des investissements immobiliers. Cette pratique est connue sous le nom de «redlining», où des notes inférieures (et par conséquent moins de prêts) étaient accordées à des quartiers composés de groupes pauvres et minoritaires. Les auteurs constatent que ces quartiers délimités en rouge présentent toujours des conditions environnementales pires.

Les quartiers avec des notes inférieures sont confrontés à une exposition à la chaleur plus élevée que leurs voisins non soulignés. Les quartiers avec des cotes plus élevées, en revanche, sont généralement moins exposés à la chaleur.

Ceci est cohérent avec les recherches antérieures sur les quartiers urbains initialement délimités montrant couvert arboré inférieur et température de surface plus élevée. Chakraborty, cependant, note que l’utilisation de la température de la surface terrestre surestimerait généralement ces disparités entre les grades de quartier par rapport à l’utilisation de la température de l’air ou de l’indice de chaleur.

« Les satellites nous donnent des estimations de la température de la surface terrestre, qui est une variable différente de la température que nous ressentons à l’extérieur, en particulier dans les villes », a déclaré Chakraborty. « De plus, la réponse physiologique à la chaleur dépend également de l’humidité, que les satellites ne peuvent pas fournir directement, et l’urbanisation modifie également. »

Les résultats ne sont pas sans incertitude, ont ajouté les auteurs. « Les stations météorologiques au sol ont aidé à réduire, mais pas à éliminer, les biais du modèle », a déclaré le co-auteur Andrew Newman du National Center for Atmospheric Research, qui a généré les simulations du modèle. Cependant, les résultats sont toujours cohérents avec la théorie et preuves d’observation à grande échelle antérieures.

Ce qui peut être fait?

Planter plus d’arbres apparaît souvent comme une solution potentielle au stress thermique, a déclaré Chakraborty. Mais les noyaux urbains densément construits, où vivent souvent les populations les plus pauvres et les minorités aux États-Unis, ont espace limité pour les arbres. Et de nombreuses estimations précédentes du potentiel de la végétation à refroidir les environs de la ville sont également basées uniquement sur la température de la surface du sol – elles sont peut-être sujets à une surestimation similairesuggèrent les auteurs.

Des mesures plus robustes du stress thermique urbain seraient utiles, ont-ils ajouté. Des facteurs tels que la vitesse du vent et l’insolation solaire contribuent à la façon dont la chaleur affecte réellement le corps humain. Mais ces facteurs sont exclus de la plupart des évaluations scientifiques du stress thermique urbain car ils sont difficiles à mesurer ou à modéliser à l’échelle des quartiers.

En plus de Chakraborty, les auteurs PNNL du nouveau travail incluent Yun Qian. Andrew Newman du National Center for Atmospheric Research, Angel Hsu de l’Université de Caroline du Nord-Chapel Hill et Glenn Sheriff de l’Arizona State University en sont également les auteurs. Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du DOE et les National Institutes of Health.