Bien que les grandes villes soient souvent synonymes d'inconfort thermique et de piètre qualité de l'air, une meilleure compréhension à petite échelle du climat urbain permettrait de mieux adapter villes et bâtiments aux réalités de ce climat particulièrement complexe. Dans cette optique, la présente étude contribue au développement d'un nouveau modèle de microclimat urbain QES. L'objectif de ce modèle est de simuler différentes variables météorologiques telles que les températures, les vents et le rayonnement, en 3D et à très petite échelle (~1 m). Pour ce faire, le modèle QES combine quatre modules, soit un module de vent (QUIC), un module de rayonnement (QESRadiant), un module de surface et un module de transport turbulent. De ces quatre modules, nous avons validé les modules de vent et de rayonnement et exploré un potentiel module de surface. Premièrement, la performance des modules de vent et de rayonnement a été évaluée en plusieurs points d'un domaine réel modélisé en 3D avec de la végétation et différents matériaux de surface. Les vitesses de vent simulées par QUIC et le rayonnement solaire incident simulé par QESRadiant ont été comparés à des observations à haute densité spatiotemporelle. Bien que les performances varient selon la position dans le domaine et les obstacles environnants, les deux modules permettent d'obtenir des résultats satisfaisants avec un temps de calcul de l'ordre de quelques minutes. Deuxièmement, un module de surface a été validé de manière préliminaire pour une surface plane simple et les flux de chaleur simulés ont été comparés aux flux observés. Les résultats obtenus soutiennent que le développement modèle QES s'avère une alternative intéressante aux modèles microclimatiques urbains existants dans l'optique où l'on s'efforce de simplifier les conditions frontières requises et de diminuer le coût de calcul informatique.

Thèse en cotutelle: doctorat sur mesure en ambiance physiques architecturales et urbaines, Université Laval, Québec; Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Toulouse, France / L’augmentation des températures estivales induites par le dérèglement climatique est préoccupante pour les villes des latitudes tempérées froides parce qu’elle exacerbe le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU) et réduit le confort thermique à l’intérieur des bâtiments. Le territoire de la Communauté métropolitaine de Québec (CMQ) sert de cas d’étude. Les architectes et les designers urbains, s’ils acquièrent les connaissances et les compétences adéquates, peuvent être aussi des acteurs clés de l’adaptation au changement climatique. Deux ateliers de travail collaboratifs réunissant architectes, ingénieurs et designers urbains ont fait état de lacunes à ce sujet. La création d’un outil d’aide à la conception (AAC) spécialisé sur la question de l’adaptation du cadre bâti à la chaleur a été envisagée pour résoudre ce problème. Une recension et une catégorisation d’outils d’AAC ont été conduites pour identifier les qualités susceptibles d’atteindre ce but. Pour le confirmer, sept des outils d’AAC recensés ont été testés par 14 étudiants inscrits à un atelier d’architecture de deuxième cycle de l’Université Laval. Les résultats de l’enquête qui comprend une analyse des présentations finales des projets, un questionnaire électronique et deux groupes de discussion conduits avec les étudiants de l’atelier ont mis en évidence la diversité et la pluralité des besoins des utilisateurs d’outils d’AAC. Pour ces raisons, nous proposons une « feuille de route » (FDR) de l’adaptation au changement climatique pour orienter les praticiens à travers la création d’un projet adapté à la hausse des températures estivales. Celle-ci comprend deux volets : le premier cherche à améliorer la compréhension des praticiens des principaux enjeux de l’adaptation au changement climatique par une organisation graphique et systémique des savoirs. Le deuxième cible et hiérarchise des outils d’AAC qui leur permettent d’acquérir ou de parfaire leurs connaissances de manière autonome. Huit entretiens individuels avec des praticiens de la région de Québec ont été conduits pour vérifier l’atteinte de ces objectifs. Les principaux résultats confirment : i) la capacité de la FDR d’améliorer la compréhension des praticiens, ii) l’intérêt des praticiens pour la formule d’autoapprentissage proposée et iii) la présence des qualités recherchées par les utilisateurs d’outil d’AAC dans la FDR. / For mid-latitude cities, higher summer temperatures due to climate change are a cause for concern because they aggravate the urban heat island phenomenon and reduce thermal comfort inside buildings. The territory of the Quebec Metropolitan Community (CMQ) is used as a case study. By acquiring the appropriate knowledge and skills, architects and urban designers can become key actors in adaptation to climate change. Two workshops bringing together architects and urban designers provided evidence of deficiencies in this area. We hypothesized that a design support tool (DST) focused on the issue of adaptation of mid-latitude cities to rising summer temperatures could help improve knowledge and skills of professionals in the field. We conducted a review and classification of DSTs, which highlight the tools’ features that are likely to reach this goal. To verify this, seven DSTs were selected and tested by fourteen students enrolled in a graduate-level architecture design studio. The results from this test, including an analysis of the final projects, a web-based questionnaire and two focus groups, highlighted the diversity and plurality of DSTs user needs. For these reasons, we propose a "roadmap" (RM) of the climate change adaptation to guide practitioners through the design of a project adapted to higher summer temperatures. It includes two parts: the first aims to improve the practitioners understanding of the key issues of climate change adaptation through a graphical and systemic organization of knowledge. The second seeks to target and prioritize DSTs that enable practitioners to acquire or enhance their knowledge on a self-learning basis. Eight individual interviews with professionals working within the CMQ territory were conducted to verify the RM goals achievement. The main results confirm : i) the RM ability to improve the practitioners understanding, ii) the interest of practitioners for the RM formula based on self-learning and iii) the presence of the qualities sought by the DSTs users within the RM.

L’urbanisation transforme et fragmente le paysage en plus de changer son climat et d’induire une homogénéisation biotique mondiale, c’est-à-dire une perte de biodiversité inter-habitats. Qu’elles soient historiques ou contemporaines, naturelles ou humaines, les nombreuses perturbations au sein d’une ville compliquent l’étude des relations entre les plantes et leur environnement, mais l’originalité de cette thèse est de les décortiquer soigneusement à diverses échelles de temps et d’espace. Mes recherches visent à comprendre l’effet de l’urbanisation sur la diversité floristique et fonctionnelle des boisés. L’étude se déroule à Montréal et sur trois îles environnantes, au cœur de la région la plus peuplée du Québec. J’examine d’abord les changements temporels des communautés végétales d’un boisé, et identifie les processus en cause. La comparaison d’inventaires effectués au Bois-de-Saraguay (96 ha), avec ceux d’une étude similaire menée 30 ans plus tôt, a permis d’atteindre cet objectif. Je regarde ensuite s’il est possible de recourir aux ptéridophytes pour estimer l’intégrité forestière urbaine. À cette fin, la diversité ptéridologique a été répertoriée au sein de 82 boisés (paysage) et de 225 quadrats (microhabitats). Des variables révélatrices des perturbations ont servi à définir les niveaux d’intégrité. En troisième lieu, j’identifie les rôles des contraintes (filtres) associées à l’urbanisation et des processus sous-jacents dans l’assemblage des communautés de sous-bois. Pour ce faire, la diversité des plantes vasculaires de sous-bois a été recensée dans 50 boisés et 431 quadrats. Avec ces données, 18 aspects de la diversité taxinomique et fonctionnelle ont été examinés. Des filtres de grande (paysage) et fine (habitat) échelles ont été définis à partir de variables environnementales et spatiales. Mon dernier objectif consiste à dresser le portrait de la flore de l’aire d’étude. Mon analyse des communautés du Bois-de-Saraguay révèle qu’une homogénéisation fonctionnelle du sous-bois s’y est produite. Celle-ci résulte d’une réorganisation spatiale des populations dans laquelle des espèces similaires — comprenant les plantes ligneuses à fruits charnus et clonales — sont devenues dominantes. Selon mes résultats, ces changements ont commencé grâce à des événements de dissémination des espèces, puis en suivant les perturbations anthropiques en place. Mon analyse de la diversité ptéridologique montre qu’elle diminue dans les boisés perturbés par l’effet d’îlots de chaleur et par l’effet de lisières. Des niveaux d’intégrité du paysage forestier et des microhabitats peuvent donc être indiqués par les ptéridophytes. Mon analyse de la flore de sous-bois montre que les caractéristiques contemporaines des forêts, de la matrice urbaine et des habitats locaux représentent les trois catégories de filtres qui façonnent le plus d’aspects de la diversité végétale. L’histoire forestière influence peu d’aspects, hormis la présence de plantes exotiques par exemple. L’assemblage des communautés est principalement contrôlé par l’environnement et très secondairement par des processus spatiaux tels que la dissémination végétale. L’analyse des filtres révèle que les grands boisés sont riches en espèces, alors que les petits ou ceux de formes allongées favorisent les plantes clonales ou de grande taille. Les plantes se disséminant sans assistance se rencontrent davantage dans les boisés des zones faiblement urbanisées, les arbustes exotiques dans les zones résidentielles et les espèces à fruits adhésifs dans les zones fortement bâties. Les îlots de chaleur font chuter la diversité de traits fonctionnels. À petite échelle, la couverture arborée et arbustive influence fortement le type de diversité des sous-bois. De plus, mes inventaires dévoilent que les boisés étudiés sont très riches en plantes indigènes, qu’ils recèlent encore de nouvelles espèces pour le Québec, et ne comptent pas moins de 20 % de la flore provinciale. En somme, ma thèse milite en faveur de la conservation de l’ensemble des boisés urbains, même ceux de petite taille. / Urbanization transforms and fragments the landscape. It also changes its climate and induces a global biotic homogenization, namely a loss of between-habitat biodiversity. Whether historical or contemporary, natural or human, the numerous disturbances within a city make it difficult to study the relationships between plants and their environment. The originality of this thesis is to dissect them at various scales of time and space carefully. In this context, my main aim is to understand the effect of urbanization on the floristic and functional diversity of woodlands. My study takes place in Montreal and on three surrounding islands of the most populated region of Quebec. I first examine the temporal changes of communities in a forest park and identify the processes involved. The comparison of inventories carried out in the Bois-de-Saraguay (96 ha), with similar surveys conducted 30 years ago, made it possible to achieve this objective. Second, I consider the possibility of using pteridophytes to estimate the urban forest integrity. To this end, I recorded pteridological diversity among 82 woodlands (landscape) and 225 quadrats (microhabitats). I used metrics of disturbances to define the integrity levels. Third, I identify the roles of constraints (filters) associated with urbanization and underlying processes in the assembly of understorey communities. To this aim, I identified the diversity of understorey vascular plants in 50 woodlands and 431 quadrats. From these data, I examined 18 taxonomic and functional diversity aspects. I defined large (landscape) and fine (habitat) scale filters based on environmental and spatial variables. My final objective is to describe the flora of the study area. My analyses reveal that a functional homogenization occurred in the understorey communities of the Bois-de-Saraguay. This homogenization results from a spatial reorganization of communities in which species with similar traits — including woody plants with fleshy fruits and clonality — became dominant. According to my results, these changes began through species dispersal events, then following anthropogenic disturbances in place. Pteridological diversity decreases in woodlands disturbed by the heat island effect and by the edge effect, suggesting that this group of species is a good surrogate for urban forest integrity. My analyses of the understorey flora show that the contemporary features of forests, urban matrix and local habitats represent the three categories of filters that shape the most aspects of plant diversity. Forest history influences few aspects, apart from the presence of exotic plants for example. The assembly of communities is mainly controlled by the environment and secondarily by spatial processes such as plant dispersal. Analysis of the filters reveals that large woodlands are species rich, while small or elongated ones favor tall or clonal plants. Plants with unassisted dispersal are more common in forests located in weakly urbanized areas, exotic shrubs in residential areas, and adhesive-fruit species in highly built-up areas. Urban heat islands significantly reduced the diversity of functional traits. At the fine scale, tree and shrub cover strongly influences the type of understorey diversity. Finally, my inventories reveal that the studied forests are very rich in native plants. They still harbor unrecorded species for Québec and account for no less than 20% of the provincial flora. Overall, my thesis argues for the preservation of all the urban forests, even small ones.

Le confort humain devient un enjeu primordial en relation aux questions sur la chaleur urbaine liées aux changements globaux du climat qui émergent dans les climats nordiques. Les centres urbains rassemblent généralement un nombre élevé de piétons et représentent toujours le cœur dense d'une ville. Ces centres-ville présentent une densité de population élevée qui augmente graduellement la quantité de piétons se déplaçant dans les rues. Cette recherche étudie les ambiances lumineuses et thermiques pour évaluer et représenter la chaleur urbaine à l'échelle des piétons dans un centre urbain de la ville de Québec, Canada, qui se classe dans les régions à climat froid. Une étude sur les îlots de chaleur urbains est réalisée dans les quartiers de Saint-Jean-Baptiste et de Cap-Blanc pour visualiser la perception de la chaleur urbaine par les piétons en été. La recherche utilise une balade architecturale, la promenade urbaine, pour réaliser un sondage des propriétés physiques de l'environnement. La promenade urbaine désigne l'expérience sensorielle in situ d'un piéton en ville. Une stratégie innovante de représentation spatio-temporelle des données caractérise les résultats de la recherche. Les résultats sont ainsi tous présentés selon un axe spatial en ordonnée et un axe temporel en abscisse. La prise de mesures qualitatives et quantitatives selon le champ de vision de l'humain rythme la promenade urbaine. La méthodologie utilisée permet d'établir un protocole expérimental captant et représentant les données physiques environnementales (températures de surfaces et de l'air) et données photographiques. Les résultats permettent de localiser les éléments favorisant le phénomène d'îlot de chaleur urbain à travers l'étude des matériaux utilisés en surface. La spatio-temporalité des résultats présentés permet d'effectuer une comparaison des différentes typologies urbaines rencontrées durant la promenade urbaine dans la ville de Québec. L'analyse (des résultats) permet de réaliser d'une part une étude comparative de deux typologies urbaines à travers la réaction lumineuse et thermique des surfaces et d'autre part une étude sur l'expérience d'un piéton pendant une promenade urbaine complète. / Human comfort is essential in relation to urban heat issues related to global climate changes. City centers generally associate with a high concentration of pedestrians and still represent the district prone to urban heat. This research studies lighting and thermal atmospheres to evaluate and represent urban heat at the pedestrian scale in an urban center of Quebec City, Canada, which consists of a cold climate. The study on urban heat islands in the Saint-Jean-Baptiste and Cap-Blanc districts was performed at the pedestrian scale to visualize the perception of urban heat in summer. The research uses an architectural stroll, the urban walk, to carry out a survey of the environment physical properties. The urban walk designates the in situ sensory experience of a pedestrian in the city, La promenade urbaine. An innovative spatio-temporal representational strategy characterizes the results of the research. The results are thus synthesized along a spatial axis in ordinate and a temporal axis on the abscissa. Qualitative and quantitative measurements according to the human field of vision describe the urban promenade. The developed methodology enables to establish an experimental protocol linking environmental physical data (surface and air temperatures) and photographic data. The results allow locating the physical elements favoring the phenomenon of urban heat island through the study of the materials used on the surface. The spatio-temporality of the results compares the different urban types encountered during the urban walk in Quebec City. Results illustrate two different levels of environmental interpretations of the ambient evaluations in relation to urban heat island. The first level consists of a comparative study of two urban types through lighting and thermal reactions of surfaces while the second consists of a longitudinal study on the experience of a pedestrian during a complete urban walk.

Ce mémoire de maîtrise en aménagement du territoire et développement régional (M.ATDR) s’intéresse à un cas d’étude à Québec pour analyser les transformations de la gouverne de l’action publique via le concept d’expérimentation locale. Le projet pilote de réfection de la rue Anna, réalisé dans le quartier Saint-Sauveur par la Ville de Québec de 2014 à 2016, a fourni l’opportunité aux citoyens et intervenants locaux de s’exprimer quant à la manière dont ils voulaient que la rue soit refaite. Parallèlement, les services municipaux impliqués ont expérimenté différentes façons de collaborer entre eux pour améliorer l’environnement urbain et agir sur certains impacts des changements climatiques. Le cas d’étude se distingue puisqu’il semble en partie répondre à des demandes citoyennes antérieures dans l’arrondissement de La-Cité-Limoilou. Un certain nombre de questions sont conséquemment soulevées. Comment les demandes citoyennes en faveur de réfections de rues intégrées ont-elles été reçues et traitées par l’administration municipale ? Ont-elles exercé une influence sur les pratiques conventionnelles de la Ville de Québec ? Devant l’opportunité d’intervenir directement dans leur cadre de vie, les citoyens consultés ont-ils adhéré d’emblée à des options différentes de ce qui est habituellement réalisé ? La réfection de la rue Anna est explicitement abordée sous l’angle expérimental par la Ville de Québec : le projet est destiné à évaluer la pertinence d’une démarche participative et intégrée, c’est-à-dire intersectorielle au sein de l’appareil municipal, pour contribuer à la lutte au phénomène d’îlots de chaleur urbains. Nous abordons aussi la manière dont le discours technique de certains citoyens a pu marquer les esprits et réussir à percoler dans l’administration municipale. En ce sens, la mobilisation citoyenne aux marges des institutions est un élément central de notre cadre théorique. Ces deux perspectives, l’une municipale et l’autre citoyenne, sont étudiées à partir de la notion d’expérimentation locale dans le domaine des interventions relatives à l’adaptation aux changements climatiques. En observant comment ces phénomènes s’articulent, nous tentons d’en saisir les effets sur la décision publique en aménagement. Jusqu’à quel point y a-t-il un lien entre des mobilisations citoyennes et la volonté apparente de la Ville de Québec de concevoir l’aménagement des rues d’une façon intégrée et participative ? Mots-clés : expérimentation, gouvernance, rues, revitalisation, citoyens, professionnels, conseillers municipaux, verdissement, îlots de chaleur, changements climatiques. / This master’s thesis in territory planning and regional development is founded on a case study in Quebec city in order to analyse the transformations of public action governance with the concept of local experimentation. The project of renovation for Anna street, realized from 2014 to 2016 in the Sauveur neighborhood, provided the opportunity for citizens and local actors to express themselves about how they wanted the street to be built again. At the same time, the municipal services involved experimented new ways to collaborate, in a context of general reflexion about improving the urban environment and act on certain impacts of climate change. This case study stands out because it seems to answer, at least partially, citizen claims expressed before in the borough of La-Cité-Limoilou. A certain number of questions are consequently raised. How citizen claims in favor of integrated street renovations have been received and treated by the municipal administration ? Have they exerted influence on conventional practises of territory planning in Quebec City ? Faced with the opportunity to intervene directly in their urban environment, have the citizens supported spontaneously different options than what is usually realised ? The pilot project for the renovation of Anna street is explicitly considered from the experimental angle by Quebec City officials : it is intended to assess the relevance of a participative and integrated approach, i.e. intersectorial in the municipal administration, to help tackle the urban heat island phenomenon. We consider particularly how the technical language of some citizens made an impression and successfully percolated through local institutions. In this regard, marginal citizen mobilisation is a central element of our theoretical framework. These two perspectives, from the municipal institution on and from the citizens, are studied here in regards to the concept of local experimentation in the sphere of climate change adaptation interventions. While observig how these initiatives articulate themselves, we try to understand their effect on public decision-making in urban planning. Up to what extent is there a link between citizen mobilizations and the apparent will of Quebec City’s officials to shift towards a more integrated and participative way of making streets different ? Keywords : experimentation, governance, streets, revitalization, citizens, professionals, city officials, greening, urban heat islands, climate change.