Comprendre les déterminants du ressenti thermique humain à l’aide de l’intelligence artificielle : une expérience participative

¹ Laboratoire Navier, UMR 8205, École des Ponts, Université Gustave Eiffel, CNRS, UPE, 77420 Champs-sur-Marne, France
² Atelier Franck Boutté, 75119 Paris, France
³ Kyoto University, 606-8501 Kyoto, Japan
⁴ Sense-City, Laboratoire IMSE, Département COSYS, Université Gustave Eiffel, 77420 Champs-sur-Marne, France
⁵ LIED, UMR 8236, Université Paris Cité, CNRS, 75013 Paris, France
⁶ ESIEE Paris, département SEED, Université Gustave Eiffel, 93162 Noisy-le-Grand, France

^* Corresponding author: matteo.migliari@enpc.fr

Résumé

Le changement climatique exige une remise en question des pratiques d’urbanisation. Les environnements urbains influencent la relation des résidents avec les espaces extérieurs et intérieurs, avec des conséquences sur la consommation d’énergie et les rejets de chaleur à l’intérieur de ses limites. Les avantages de l’éclaircissement des revêtements de sol des espaces publics pour réduire les îlots de chaleur urbains ont été confirmés par la littérature scientifique, mais les effets de rebond en termes d’augmentation de la sensation thermique extérieure (OTS) doivent encore être analysés par des expériences empiriques. Cette étude présente les résultats d’une expérience participative de confort thermique impliquant 75 volontaires exprimant des votes de sensation thermique (TSV) à l’aveugle sur des revêtements de surface de différentes réflectivités. Chaque TSV était lié aux caractéristiques physiques et psychologiques du sujet, à son emplacement et aux conditions microclimatiques au moment du vote. 714 chaînes de données collectées lors de la canicule d’août 2022 ont été traitées par des méthodes d’intelligence artificielle (IA) successives : apprentissage supervisé, explications additives de Shapley, réduction de dimension par approximation et projection uniforme de la variété (UMAP), et regroupement hiérarchique basé sur la densité des applications avec bruit (HDBSCAN). Ce post-traitement a permis de définir des clusters caractérisés par une répartition similaire des 10 variables les plus influentes sur le TSV, résultant en des valeurs TSV similaires. Les calculs d’IA et l’analyse des graphiques sur DesignExplorer ont montré que les pavés réfléchissants aggravent le stress thermique des personnes. Ces résultats montrent que l’éclaircissement des espaces publics, souvent employé dans de nombreux réaménagements urbains, n’est pas une solution adaptée pour protéger les citoyens des risques sanitaires du changement climatique.

Abstarct

Climate change adaptation requires the re-questioning of urbanization practices. Urban environments affect residents’ relationship to outdoor and indoor spaces, with consequences on energy consumptions and heat rejections within its bounds. Benefits of cool pavements in reducing urban heat islands have been confirmed by the scientific literature but rebound effects in terms of rising outdoor thermal sensation (OTS) still need to be addressed by empiric experiments. This study presents the results of a participatory thermal comfort experience involving 75 volunteers expressing blindfold thermal sensation votes (TSV) on surface covers of different reflectivity. Each TSV was linked to the physical and psychological characteristics of the subject, his location, and the microclimatic conditions at the time of the vote. 714 data strings collected during the heatwave of August 2022 were processed through subsequent artificial intelligence methods: Supervised Learning, Shapley Additive Explanations, Uniform Manifold Approximation and Projection for Dimension Reduction, and Hierarchical Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise. This post-processing allowed to define clusters characterized by similar repartition of the top 10 influential variables on TSV, resulting in similar TSV values. AI calculations and graph analysis on DesignExplorer have shown that reflective paving increases thermal stress on people. These results indicate that lightening public spaces, often used in many urban redevelopment projects, is not an adequate solution to protect citizens from the health risks of climate change.