Température

Sommaire

Introduction

La température est un état instable dont les variations au voisinage de l’environnement humain dépendent du rayonnement solaire, du vent, de l’altitude et de la nature du sol.

Le soleil réchauffe l’atmosphère indirectement par l’intermédiaire de la surface de la terre car celle-ci stocke et réémet la chaleur par rayonnement et par convection. La propagation de cette chaleur est alors assurée soit par conduction, soit par diffusion due aux turbulences créées par le vent. La température varie également suivant la couverture nuageuse. Par journée claire, la température tend à s’élever parce que le rayonnement direct est plus important. À l’inverse, la terre, et donc l’atmosphère, se refroidiront davantage la nuit par rayonnement infrarouge vers la voûte céleste.

Les stations météorologiques effectuent des relevés horaires des températures de l’air, sous abri à 1,5 mètre du sol, pour définir la courbe d’évolution journalière des températures en un lieu. On détermine également la température moyenne mensuelle pour tracer la courbe d’évolution annuelle des températures en un lieu.

Les températures n’atteignent pas leur maxima quand l’offre solaire est la plus grande (solstice d’été). Un certain déphasage, de l’ordre de 4 à 6 semaines, est observé et correspond au temps nécessaire pour réchauffer la masse terrestre (inertie de la terre).

La figure ci-dessus permet de suivre l’évolution des températures pour une journée typique (le 8 juin 1964) à Bruxelles, ainsi que les rayonnements diffus et direct à partir d’un relevé toutes les trente minutes. L’exposition directe est mesurée perpendiculairement au rayonnement, alors que l’exposition diffuse est mesurée sur une surface horizontale.

On relèvera la corrélation et le retard entre l’offre solaire et la réponse des températures (cercle). Le rayonnement diffus varie peu entre les prises de mesure, alors que l’intensité du rayonnement direct peut atteindre des valeurs très élevées tout comme des valeurs nulles (passage de nuages). Le minimum des températures est rencontré au petit matin, juste avant le lever du soleil sous l’influence du rayonnement diffus.

La température en Belgique

Les graphes ci-dessous donnent l’évolution journalière de la température extérieure moyenne par ciel serein, moyen et couvert, le 15 des mois de mars, juin, septembre et décembre, à Uccle.

Ainsi donc, à Uccle le 15 juin, la température extérieure maximale moyenne est de 24,2°C par ciel serein, 20,7°C par ciel moyen, et 16,9°C par ciel couvert; tandis que le 15 septembre la température extérieure moyenne est de 16,2°C par ciel serein, 15,2°C par ciel moyen, et 14,3°C par ciel couvert.

Analyse des températures

En Belgique les températures extérieures moyennes mensuelles sont presque partout positives, mais ne dépassent pas 20°C; les écarts de température moyenne jour-nuit sont faibles et de 7°C maximum en été.

Heureusement, lorsque la température est élevée en journée (ciel serein), le ciel est également dégagé la nuit, la terre et donc l’atmosphère se refroidissent plus à cause des radiations terrestres nocturnes vers la voûte céleste. La température nocturne est alors fraiche et permet un refroidissement naturel ou mécanique (free cooling) du bâtiment.

À noter que le minimum sur la courbe journalière des températures correspond aux heures de lever du soleil : ceci fait apparaître l’incidence de l’ensoleillement sur la température de l’air.

Température de base

Pour dimensionner une installation, l’évaluation doit être faite de sorte que le système puisse répondre aux conditions de température extérieure minimale : la température extérieure de base.

Degrés-jours

Par contre, l’évaluation de la demande en énergie nécessite la prise en compte de l’écart de température entre l’ambiance intérieure et l’extérieur.

Or la température extérieure varie d’un lieu à un autre.

La notion de degré-jour a été introduite pour permettre la détermination de la quantité de chaleur consommée par un bâtiment sur une période de chauffage donnée et pour effectuer des comparaisons entre des bâtiments situés dans différentes zones climatiques.

Influence de l’environnement sur la température

La température en un lieu est dépendante de la nature des surfaces environnantes et est influencée par l’occupation du site et par son relief.

Les sols couverts de végétation favorisent l’évapo-transpiration d’eau et ainsi la réduction de l’échauffement de l’air. Les sols aménagés par l’homme et couverts par des matériaux à forte inertie (béton, pavés, briques, …) stockent la chaleur durant les journées ensoleillées et la rayonnent en début de soirée. Ils ont pour effet de retarder la chute de température nocturne.

Influence de l’eau

Les étendues d’eau stockent également de grandes quantités de chaleur avec aisance. L’eau agit comme tampon thermique : à l’inverse des sols qui s’échauffent et restituent la chaleur rapidement, l’eau emmagasine et rend la chaleur lentement. C’est pourquoi il fait plus chaud à la Côte que dans les Ardennes en hiver, à l’inverse de l’été où il fait plus chaud dans les Ardennes qu’à la Côte.

De manière générale, la très grande capacité thermique de l’eau rend celle-ci peu sensible aux variations de température de l’atmosphère. Sur la frange côtière, la présence conjointe de l’eau et du continent détermine des schémas climatiques particuliers : les brises de mer et les brises de terre.

Pendant la journée, un échauffement plus rapide sur terre que sur mer aboutit à la création de basses pressions thermiques dans l’arrière-pays et de pressions relativement hautes en mer. La brise fraîche qui souffle de la mer vers la terre tend à supprimer le déséquilibre ainsi créé. Durant la nuit, la déperdition par rayonnement est plus forte sur terre que sur mer et les courants aériens sont inversés.

Influence de la végétation

Dans les régions fortement boisées, les arbres interceptent de 60 à 90 % de la radiation solaire, empêchant l’augmentation de température du sol. Ainsi, l’air s’y échauffe dans une moindre mesure qu’ailleurs. Ce phénomène est permanent ou saisonnier suivant qu’il s’agit d’arbres à feuillage permanent ou caduc. Par ailleurs, les arbres empêchent la radiation nocturne : la chute de température durant la nuit est donc limitée. On constate ainsi que les écarts de température sont moins importants dans les régions boisées.

Influence d’un site urbanisé

En ville, les apports gratuits provenant des véhicules, industries, chauffage, etc… ainsi que la nature du sol et la quantité importante de matériaux à forte inertie réchauffent l’atmosphère. Le dôme de pollution recouvrant les villes limite également les radiations nocturnes, de telle sorte qu’en moyenne, la température en ville est de 3 à 5°C plus élevée qu’en site dégagé. La pollution ralentit le réchauffement matinal de l’air et la grande quantité de matériaux accumulateurs freine la chute de température en début de soirée. Les sites dégagés sont fortement balayés par les vents et largement ouverts vers la voûte céleste. Il y fait donc plus froid qu’ailleurs.

Influence de la topographie

La figure ci-dessous propose d’examiner l’évolution typique des températures extérieures sur 24 heures dans un relief montagneux. On constate que les vallées sont en général plus chaudes le jour que les sommets. Par contre, de nuit, le soleil n’entrant plus en ligne de compte, l’air se refroidit et s’accumule au fond des vallées et des petites dépressions. Il se crée ainsi une différence de température au profit des pentes directement en contact avec ce qu’on appelle la ceinture chaude. Dans les longues vallées, le phénomène tend à créer un mouvement d’air longitudinal d’autant plus puissant que la vallée est longue et que le gradient de température est élevé.

L’altitude influence aussi la température. La pression diminuant avec l’altitude, l’air se détend et se refroidit. Cette diminution de température est de l’ordre de 0,7 °C par accroissement de 100 m.

La température de base

Lorsqu’il s’agit de dimensionner une installation, l’évaluation doit être faite de sorte que le système puisse répondre aux conditions de température extérieure minimale qui sont rarement dépassées sur base des observations météorologiques belges.

Pour ce faire, on utilise les températures extérieures de base.

Les températures extérieures de base sont les températures extérieures moyennes journalières qui, en moyenne, ne sont dépassées vers le bas que pendant 1 seul jour par an.

Les températures extérieures de base sont données pour chaque commune dans la norme NBN B62-003.

À titre d’exemple, le tableau ci-dessous donne la température extérieure de base pour un certain nombre de villes et communes.