L’INGÉNIERIE DES ÉCOSYSTÈMES

Diagnostic climatique

Comprendre le climat réel d’un site avant de concevoir son écosystème

Un jardin ne pousse pas dans un climat régional. Il pousse dans un microclimat.

Le diagnostic climatique constitue donc l’une des premières briques de l’ingénierie agroclimatique.

Une station météorologique située à plusieurs kilomètres peut indiquer une température moyenne, une pluviométrie ou un vent régional. Mais elle ne décrit pas nécessairement les conditions réellement rencontrées par une plante à quelques dizaines de centimètres du sol.

Dans une même propriété, on peut rencontrer simultanément :

une zone chaude et sèche ;
une zone fraîche et humide ;
une poche de gel ;
un couloir de vent ;
une zone protégée ;
un espace fortement irradié ;
une zone constamment ombragée ;
une zone soumise au brouillard.

Le diagnostic climatique Omakëya™ cherche donc à passer du climat régional au climat local, puis au microclimat fonctionnel.

I. LES TROIS ÉCHELLES DU CLIMAT

Pour concevoir correctement un écosystème, il faut distinguer trois niveaux.

Échelle	Dimension indicative	Exemple
Macroclimat	centaines à milliers de km	climat méditerranéen, océanique
Mésoclimat	km à dizaines de km	vallée, coteau, agglomération
Microclimat	m à centaines de m	jardin, bosquet, cour, mare

À ces trois niveaux s’ajoute une échelle encore plus fine :

Le microclimat de la plante

Quelques centimètres peuvent modifier :

température ;
humidité ;
vitesse du vent ;
température du sol ;
rayonnement reçu.

C’est notamment pourquoi une plante située sous une haie ne connaît pas exactement le même environnement qu’une plante située à dix mètres, en plein soleil.

II. LES VARIABLES CLIMATIQUES À DIAGNOSTIQUER

Le diagnostic Omakëya™ repose au minimum sur neuf familles de paramètres :

température ;
rayonnement ;
humidité atmosphérique ;
vent ;
précipitations ;
sécheresse ;
canicule ;
gel ;
brouillard et phénomènes de condensation.

Ces paramètres ne doivent surtout pas être étudiés séparément.

Ils interagissent continuellement.

Par exemple :

température ↑

→ déficit de pression de vapeur ↑

→ demande évaporative ↑

→ évapotranspiration potentielle ↑

→ consommation d’eau ↑

→ stress hydrique potentiel ↑.

Le diagnostic climatique doit donc devenir systémique.

III. DIAGNOSTIQUER LA TEMPÉRATURE

1. La température moyenne ne suffit pas

Une moyenne annuelle peut être trompeuse.

Pour une plante, les événements extrêmes peuvent être beaucoup plus importants que la moyenne.

Il faut notamment connaître :

température moyenne ;
température maximale ;
température minimale ;
amplitude journalière ;
amplitude saisonnière ;
nombre de jours chauds ;
nombre de jours de gel ;
durée des périodes chaudes ;
durée des périodes froides.

2. Les températures diurnes et nocturnes

Deux sites présentant la même température moyenne peuvent avoir des comportements très différents.

Site A

journées très chaudes ;
nuits fraîches.

Site B

journées modérées ;
nuits chaudes.

Le bilan thermique des plantes n’est pas identique.

Les températures nocturnes influencent notamment :

respiration ;
croissance ;
floraison ;
maturation ;
consommation des réserves.

3. Cartographier les températures

Pour un diagnostic détaillé, plusieurs capteurs peuvent être répartis sur le terrain.

Par exemple :

       CAPTEUR 1
       zone haute
           ●
           
   ●                  ●
CAPTEUR 2          CAPTEUR 3
ombrage            plein soleil

           ●
       CAPTEUR 4
       dépression

On peut alors mettre en évidence les îlots thermiques positifs et négatifs.

IV. LES ÎLOTS DE CHALEUR DU JARDIN

Les surfaces minérales peuvent accumuler puis restituer de l’énergie.

Sont particulièrement importants :

béton ;
bitume ;
pierre ;
murs ;
façades ;
toitures ;
sols nus secs.

À l’inverse, la végétation peut modifier le bilan énergétique grâce à :

ombrage ;
évapotranspiration ;
stockage de chaleur dans la biomasse ;
modification des échanges turbulents.

Le diagnostic doit donc cartographier les surfaces et leur comportement thermique.

V. LE RAYONNEMENT

4. Mesurer ce que reçoit réellement une plante

La température seule ne décrit pas le bilan énergétique.

Il faut également analyser :

rayonnement solaire direct ;
rayonnement diffus ;
durée d’ensoleillement ;
rayonnement réfléchi ;
rayonnement infrarouge ;
ombrage.

Le rayonnement net constitue une composante fondamentale du bilan énergétique de surface.

De manière simplifiée : Rn=RSW+RLW

où Rn représente le rayonnement net résultant des composantes courtes et longues longueurs d’onde.

VI. CARTOGRAPHIER LE SOLEIL

Une étude solaire doit prendre en compte :

latitude ;
orientation ;
pente ;
hauteur solaire ;
bâtiments ;
arbres ;
relief.

Il est particulièrement intéressant de produire une carte solaire saisonnière.

Hiver

Le soleil est bas.

Les ombres sont longues.

Été

Le soleil est haut.

Les ombres sont plus courtes.

Matin / soir

Le rayonnement arrive avec un angle faible.

VII. LE RAYONNEMENT ET LE CHOIX DES PLANTES

Chaque espèce possède une réponse spécifique au rayonnement.

On peut donc caractériser les zones du terrain :

Zone	Rayonnement	Usage potentiel
A	très fort	espèces héliophiles
B	fort	verger, potager
C	intermédiaire	diversité importante
D	faible	espèces sciaphiles
E	très faible	habitats spécifiques

Il faut néanmoins intégrer la saisonnalité : une zone « ombragée » en été peut être très lumineuse en hiver.

VIII. L’HUMIDITÉ ATMOSPHÉRIQUE

5. Humidité relative

L’humidité relative est couramment exprimée en pourcentage : HR=ese×100

où :

e = pression partielle réelle de vapeur d’eau ;
es = pression de vapeur saturante à la température considérée.

Mais l’humidité relative doit toujours être interprétée avec la température.

Une humidité relative de 70 % à 10 °C n’implique pas la même quantité d’eau dans l’air que 70 % à 30 °C.

IX. LE POINT DE ROSÉE

Le point de rosée indique la température à laquelle l’air atteint la saturation lorsque celui-ci est refroidi à pression constante.

Il permet notamment d’identifier les situations favorables :

condensation ;
rosée ;
brouillard ;
humidification des surfaces.

Dans un jardin, ces phénomènes peuvent contribuer au microclimat et au bilan hydrique.

X. DÉFICIT DE PRESSION DE VAPEUR

Le VPD — Vapor Pressure Deficit, ou déficit de pression de vapeur, est particulièrement intéressant en agroclimatologie.

Il caractérise la demande évaporative de l’atmosphère.

Une température élevée combinée à un air sec peut produire un VPD élevé.

Conséquence potentielle : VPD↑⇒demandeeˊvaporative↑⇒transpiration↑

à disponibilité en eau et conditions aérodynamiques comparables.

Le VPD constitue donc un indicateur beaucoup plus pertinent que la seule humidité relative pour de nombreux diagnostics de stress hydrique.

XI. DIAGNOSTIC DES VENTS

6. Le vent comme flux énergétique et hydrique

Le vent agit sur :

température ;
évapotranspiration ;
échanges gazeux ;
pollinisation ;
dispersion des graines ;
dispersion des spores ;
risque de casse ;
refroidissement.

Il faut relever :

direction ;
vitesse ;
fréquence ;
rafales ;
saisonnalité.

XII. LA ROSE DES VENTS

Une rose des vents permet de visualiser les directions dominantes.

             N
             ↑
        ↖    │    ↗
          \  │  /
Ouest ───────●─────── Est
          /  │  \
        ↙    │    ↘
             ↓
             S

Cette information est fondamentale pour positionner :

haies ;
bosquets ;
bâtiments ;
serres ;
espaces de repos ;
cultures sensibles ;
zones de ventilation.

XIII. LE VENT N’EST PAS UN ENNEMI

L’objectif n’est pas nécessairement de supprimer le vent.

Une haie totalement imperméable peut créer des turbulences et des effets indésirables.

Une structure végétale correctement conçue peut plutôt :

ralentir ;
filtrer ;
dévier ;
fractionner.

La question devient donc :

Quelle ventilation voulons-nous obtenir, où et à quelle période de l’année ?

XIV. LES PRÉCIPITATIONS

7. Ne pas mesurer seulement la pluie annuelle

Une hauteur annuelle de précipitation ne suffit pas.

Il faut analyser :

cumul annuel ;
cumul mensuel ;
intensité ;
durée ;
fréquence ;
saisonnalité ;
épisodes extrêmes ;
forme des précipitations.

Deux régions recevant 700 mm/an peuvent avoir des régimes hydrologiques totalement différents.

XV. L’INTENSITÉ DES PLUIES

Une pluie de 30 mm peut correspondre à :

Épisode A

30 mm en 24 h.

Épisode B

30 mm en 30 minutes.

Les conséquences hydrologiques sont radicalement différentes.

Le diagnostic doit donc intégrer les intensités pluviométriques.

XVI. PLUIES EXTRÊMES

Pour dimensionner une infrastructure écologique, il faut considérer les événements extrêmes :

pluie intense ;
ruissellement ;
surcharge hydraulique ;
débordement ;
érosion.

La période de retour constitue alors un outil de dimensionnement.

On pourra notamment étudier les pluies :

fréquentes ;
décennales ;
trentennales ;
centennales,

selon le contexte, les données disponibles et les exigences réglementaires.

XVII. DIAGNOSTIC DE LA SÉCHERESSE

La sécheresse n’est pas simplement l’absence de pluie.

On distingue notamment :

Sécheresse météorologique

Déficit de précipitations.

Sécheresse agricole

Déficit d’eau disponible pour les cultures et végétaux.

Sécheresse hydrologique

Déficit affectant cours d’eau, nappes et réservoirs.

Sécheresse édaphique

Déficit d’eau dans le sol exploitable par les racines.

Ces dimensions doivent être croisées.

XVIII. LE BILAN CLIMATIQUE DE L’EAU

Un diagnostic agroclimatique peut comparer : P−ET

avec :

P = précipitations ;
ET = évapotranspiration.

Mais le bilan réel doit également intégrer :

stockage du sol ;
ruissellement ;
infiltration ;
remontées capillaires ;
irrigation ;
drainage.

On passe ainsi du simple bilan météorologique au bilan hydrologique du système.

XIX. DIAGNOSTIC DES CANICULES

Une canicule doit être étudiée comme un événement dynamique.

Il faut rechercher :

température maximale ;
température minimale ;
durée ;
humidité ;
VPD ;
rayonnement ;
vent ;
disponibilité en eau.

Une journée à 38 °C n’a pas les mêmes conséquences qu’une semaine à 35 °C avec des nuits restant à 25 °C.

XX. LA NUIT : VARIABLE CRITIQUE

Les nuits chaudes sont particulièrement importantes pour les écosystèmes et les bâtiments.

Un site peut présenter :

fort échauffement diurne

faible capacité de refroidissement nocturne

→

accumulation thermique.

À l’inverse, un site bénéficiant de :

ventilation nocturne ;
végétation ;
évapotranspiration ;
surfaces à faible stockage thermique ;

peut retrouver plus rapidement des températures favorables.

XXI. DIAGNOSTIC DU GEL

Le gel est souvent très localisé.

Une dépression topographique peut accumuler de l’air froid.

       pente
         ↓
      ↘     ↙
        \   /
         \ /
          ↓
      AIR FROID
       ░░░░░░

L’air froid, plus dense, peut s’accumuler dans certaines dépressions lorsque les conditions sont favorables.

On identifie alors des poches de gel.

XXII. MICROCLIMATS DE GEL

Pour un projet arboricole, il faut rechercher :

fréquence du gel ;
date du dernier gel printanier ;
date du premier gel automnal ;
durée ;
température minimale ;
altitude relative ;
exposition ;
drainage de l’air froid.

Cette analyse peut modifier complètement le choix des espèces et l’emplacement du verger.

XXIII. BROUILLARD

Le brouillard correspond à la présence de gouttelettes d’eau en suspension au voisinage du sol lorsque la visibilité est réduite.

Il peut être favorisé par :

refroidissement nocturne ;
forte humidité ;
inversion thermique ;
relief ;
proximité d’une masse d’eau ;
faible ventilation.

XXIV. LE BROUILLARD COMME VARIABLE AGROCLIMATIQUE

Le brouillard influence :

humidité foliaire ;
rayonnement ;
température ;
évapotranspiration ;
développement de certains pathogènes.

Il peut également modifier le bilan hydrique local, mais l’importance de cette contribution dépend fortement du contexte.

Il faut donc le mesurer plutôt que le supposer.

XXV. LES INVERSIONS THERMIQUES

Une inversion apparaît lorsque la température augmente avec l’altitude sur une certaine couche atmosphérique, contrairement au profil moyen habituel de la troposphère.

Dans certaines situations :

      air plus doux
    ───────────────
       inversion
    ───────────────
      air froid
  ░░░░░░░░░░░░░░░░
      vallée

Cela peut favoriser :

accumulation d’air froid ;
brouillard ;
gel ;
stagnation atmosphérique.

La topographie doit donc toujours être intégrée au diagnostic climatique.

XXVI. CONSTRUIRE LA CARTE CLIMATIQUE DU SITE

Toutes les données peuvent être synthétisées dans une cartographie.

Couche 1

Température.

Couche 2

Rayonnement.

Couche 3

Humidité.

Couche 4

Vent.

Couche 5

Précipitations.

Couche 6

Sécheresse.

Couche 7

Gel.

Couche 8

Brouillard.

Couche 9

Microclimats.

On obtient progressivement une carte agroclimatique opérationnelle.

XXVII. MATRICE DE DIAGNOSTIC CLIMATIQUE OMAKËYA™

Paramètre	Mesure	Cartographie	Impact principal
Température	°C	zones thermiques	croissance, stress
Rayonnement	W/m², durée	exposition/ombre	photosynthèse, chaleur
Humidité	HR, VPD	zones humides/sèches	transpiration
Vent	m/s, direction	couloirs	évapotranspiration, casse
Pluie	mm, intensité	zones contributives	eau, ruissellement
Sécheresse	indices + bilan hydrique	zones à risque	stress hydrique
Canicule	Tmax, Tmin, durée	îlots chauds	stress thermique
Gel	Tmin, fréquence	poches de gel	dommages
Brouillard	fréquence/durée	zones de condensation	humidité foliaire

XXVIII. INSTRUMENTATION

Pour les projets complexes, le diagnostic peut évoluer vers une véritable station agroclimatique.

Capteurs atmosphériques

température ;
humidité ;
pression ;
vent ;
rayonnement.

Capteurs hydrologiques

pluie ;
humidité du sol ;
niveau d’eau.

Capteurs thermiques

température de surface ;
infrarouge ;
thermographie.

Systèmes complémentaires

caméra ;
drone ;
satellite ;
Lidar.

L’objectif n’est pas d’installer des capteurs partout, mais de placer les bons capteurs aux bons endroits.

XXIX. LA DIMENSION TEMPORELLE

Un diagnostic climatique sérieux doit dépasser la photographie instantanée.

On peut travailler sur plusieurs horizons :

Court terme

Mesures de terrain.

Moyen terme

Données météorologiques historiques.

Long terme

Tendances climatiques et scénarios futurs.

Pour un arbre susceptible de vivre 80, 100 ou 200 ans, le climat de plantation n’est évidemment pas le seul climat à considérer.

XXX. DU CLIMAT ACTUEL AU CLIMAT FUTUR

L’ingénierie agroclimatique doit poser deux questions :

Quel climat possède ce terrain aujourd’hui ?

et :

Quel climat pourrait-il connaître pendant la durée de vie du projet ?

Cela change profondément le choix des végétaux et des infrastructures.

Un arbre planté en 2026 peut connaître des conditions très différentes au cours de sa maturité.

Le dimensionnement doit donc intégrer :

hausse des températures ;
évolution des précipitations ;
sécheresses ;
épisodes extrêmes ;
évolution des saisons ;
nouveaux risques biologiques.

XXXI. LE DIAGNOSTIC CLIMATIQUE COMME OUTIL DE CONCEPTION

Une fois le diagnostic réalisé, on peut commencer à transformer les informations en décisions.

Observation	Interprétation	Réponse possible
Zone très chaude	fort rayonnement	arbre d’ombrage
Vent desséchant	forte demande évaporative	haie filtrante
Dépression froide	accumulation d’air froid	espèces adaptées
Zone humide	drainage faible	zone humide
Sol sec + plein soleil	forte contrainte hydrique	espèces xérophiles
Mur chaud	stockage thermique	végétation adaptée
Zone fraîche	potentiel de fraîcheur	espace de repos
Ruissellement	flux hydrique	noue/bassin/infiltration

Le diagnostic devient ainsi directement exploitable dans la conception.

XXXII. LE CLIMAT COMME INFRASTRUCTURE

La Vision Omakëya™ considère finalement le climat local comme une infrastructure invisible.

Le projet ne doit pas simplement subir cette infrastructure.

Il peut parfois la modifier :

arbre

→ ombre

→ baisse du rayonnement reçu

→ modification du bilan énergétique

→ évapotranspiration

→ modification du microclimat.

Ou :

haie

→ réduction du vent

→ modification des échanges turbulents

→ réduction potentielle de la demande évaporative

→ protection des cultures.

Ou encore :

mare + végétation

→ stockage d’eau

→ évaporation/évapotranspiration

→ modification locale des échanges d’énergie et d’humidité.

Ces effets doivent toutefois être quantifiés et contextualisés : ils ne sont ni automatiques ni illimités.

XXXIII. VERS LE MODÈLE CLIMATIQUE DU JARDIN

Le diagnostic climatique constitue finalement l’entrée d’un futur modèle numérique :

                 CLIMAT RÉGIONAL
                       ↓
                 TOPOGRAPHIE
                       ↓
       ┌───────────────┼───────────────┐
       ↓               ↓               ↓
    SOLEIL           VENT            EAU
       ↓               ↓               ↓
       └────────── MICROCLIMAT ────────┘
                       ↓
                     SOL
                       ↓
                  VÉGÉTATION
                       ↓
               ÉVAPOTRANSPIRATION
                       ↓
               NOUVEAU MICROCLIMAT
                       ↺

Le système devient alors une boucle de rétroaction climatique et biologique.

Diagnostiquer avant de modifier

Le diagnostic climatique Omakëya™ ne consiste donc pas à relever simplement la température et la pluie.

Il consiste à comprendre les échanges d’énergie, d’eau et d’air qui déterminent le fonctionnement du site.

Il faut savoir :

où le soleil chauffe ;
où l’ombre protège ;
où le vent accélère ;
où l’air stagne ;
où l’humidité s’accumule ;
où le gel apparaît ;
où le brouillard se forme ;
où l’eau manque ;
où les épisodes extrêmes deviennent critiques.

Puis relier toutes ces informations au :

sol

→ eau

→ végétation

→ biodiversité

→ bâtiment

→ usages humains.

Le bon arbre n’est pas simplement celui qui supporte le climat régional. C’est celui qui est adapté au microclimat réel du site, au sol, à l’eau disponible et au climat futur auquel il sera confronté.

La prochaine étape logique est donc :

Diagnostic hydrologique : comprendre où l’eau arrive, où elle circule, où elle s’infiltre, où elle se stocke et comment transformer le site en véritable système hydrologique.