Programme de recherche
CONTEXTE
Concentrant les humains et leurs activités en un endroit, les zones urbaines sont des environnements aussi bien culturels que biophysiques. Si elles impliquent des flux entrant d’énergie, d’eau, de nourriture et autres matériaux entre elles et leur environnement pour assurer leur métabolisme, elles génèrent différents produits manufacturés et déchets et impactent l’atmosphère par les propriétés même de la « surface » urbaine et de sa forme (matériaux, composition relative et structure tridimensionnelle) ainsi que par les émissions anthropiques liées à ses fonctions.
En particulier l’urbanisation intensive des dernières décennies a provoqué une modification du type d’occupation du sol et de ses recouvrements. Les sols naturels et la végétation ont été remplacés par des matériaux imperméables. Ceux-ci n’assurent plus les fonctions d’absorption et de filtration des eaux, modifiant la disponibilité de l’eau en milieu urbain en réduisant les services de régulation rendus par les processus naturels comme l’évaporation des eaux ou l’évapotranspiration de la végétation. La densité bâtie ainsi que l’orientation du tissu urbain piègent plus ou moins fortement les rayonnements et modifient la ventilation urbaine (Achour-Bouakkaz 2006).
La concentration des activités et par conséquent celles des sources d’émission de chaleur et de polluants notamment constituées par les véhicules motorisés, les procédés industriels et le chauffage et le refroidissement du bâti à l’aide de combustibles et climatiseurs contribuent à intensifier localement l’effet de serre
et augmenter la chaleur. Ces différents effets des environnements urbains sur l’atmosphère et le bilan énergétique de la surface urbaine contribuent au développement du phénomène d’îlot de chaleur urbain, sous conditions météorologiques favorables.
Les vagues de chaleur rendues de plus en plus fréquentes et intenses par le changement climatique semblent intensifier l’intensité des îlots de chaleur urbains. Aussi, si la recherche a été pendant longtemps principalement concentrée sur la compréhension des causes de l’îlot de chaleur urbain, les études récentes se concentrent maintenant sur l’analyse et la compréhension des interactions potentielles entre vague de chaleur et îlot de chaleur urbain.
Le Projet National ISSU
Le Projet National ISSU s’intéresse aux innovations (conceptuelles et pratiques) à mettre en œuvre localement pour contribuer à lutter contre la surchauffe urbaine.
Tous les leviers seront mobilisés en allant de l’expérimentation de laboratoire aux expérimentations in situ suivant différentes échelles en couplant cela à de la modélisation.
Compte-tenu de la complexité du sujet et son aspect très vaste selon les différents plans que sont les acteurs, les enjeux techniques, les échelles spatiales, les processus de décision et les enjeux connexes liées à la surchauffe urbaine, il semble important de souligner les points suivants :
Les actions proposées dans le programme de recherche sont centrées sur des solutions locales (échelle microclimatique) de rafraîchissement dans les espaces urbains ouverts. Elles seront étudiées en profondeur sur les plans techniques et opérationnels. Leurs impacts sur l’environnement immédiat sont considérés ainsi que sur les usagers qui peuvent être concernés par un contexte donné. Ces solutions, selon les cas, leurs cibles et leurs échelles peuvent s’inscrire dans une approche d’aide à la décision ou tout simplement dans le cadre d’une avancée technique / technologique au service du rafraîchissement.
La définition concernant la surchauffe urbaine regroupe l’ensemble des échelles. Le PN ISSU a se concentre sur l’échelle microclimatique, fondamentale pour comprendre l’organisation des actions / sous actions / impacts. Le projet n’a donc pas l’ambition de répondre, à ce stade, à l’ensemble des leviers qui réduisent la surchauffe urbaine.
La multi-échelle spatiale est fondamentale dans le programme d’actions proposé. Cependant, l’échelle de l’aménagement territorial n’est pas celle du PN ISSU. Les volets relatifs aux forêts, grands parcs urbains, stratégies de planification, qu’elles soient métropolitaines, rurales ou tout simplement urbaines ou périurbaines, ne sont pas dans le champ de ce projet.
WORK PACKAGES
Le PN ISSU se décline autour de 3 grands socles. Les WP1, 2, 3 constituent l’approche transversale du projet à travers une boucle itérative apprenante.
Un quatrième groupe de travail, le WP0, assurera la veille, la mise en valeur des résultats et produits par le projet et le transfert de connaissances.
Caractérisation
et optimisation des composants
(matériaux, végétation…)
Construction et suivi de démonstrateurs
à l’échelle locale dite “micro”
Analyse microclimatique
(e.g. modélisation)
et multicritère
(i.e. ACV, analyse économique,
co-bénéfices…)
Structure générale des Work Packages proposés dans le Projet National ISSU.
WP0 : Valorisation des résultats
Organisation / partage de résultats, communications, ateliers. Co-construction d’une approche commune, webinaires, restitutions
#WP1
Caractérisation
et Optimisation des Composants
Le WP1 concerne la caractérisation et l’optimisation des composants. Cet axe se concentrera sur la caractérisation des propriétés radiatives, thermiques, hydriques et aérodynamiques des composants. Des approches de modélisations numériques et expérimentales des phénomènes thermo-hydrauliques seront envisagées sur des composants de solutions grises, vertes et bleues. L’ensemble permettra d’établir des recommandations pour alimenter la mise en place de futurs essais/tests normalisés.
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WP 1.1 : Revue exhaustive des composants existants et disponibilité
WP 1.2 : Caractérisation / modélisation des propriétés thermo-hydro-aéro-radiatives
WP 1.3 : Caractérisation / modélisation de systèmes / solutions
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• Recommandations sur les méthodologies et méthodes d’essais communes pour alimenter de futurs essais / tests normalisés
• Modélisation des paramètres physiques de composants clés en lien avec le WP2 (lien interne)
• Base de données des composants des solutions grises, vertes et bleues pour orienter le choix dans la mise en œuvre des démonstrateurs du WP3 (lien interne)
Animateurs : Sophie Decreuse (COLAS) & Isabelle Dubois-Brugger (Holcim)
Illustration de l’impact du revêtement et de la couleur sur la température de surface (Radhi et al., 2014)
Dispositifs de mesure de conductivité hydraulique d’enrobés (CEREMA)
Analyse multicritère des solutions
#WP2
Le WP2 s’intéresse à l’analyse et l’évaluation des services rendus par les solutions, en adoptant une vision microclimatique et systémique, étendant donc l’objectif de rafraîchissement aux autres enjeux de l’aménagement durable. En plus des méthodologies numériques et expérimentales d'évaluation du confort thermique, les bénéfices environnementaux et socio-économiques seront intégrés au cadre d’analyse pour valoriser les co-bénéfices des différentes solutions de rafraîchissement. Ce cadre d’évaluation se basera notamment sur les briques élémentaires que représentent les composants caractérisés dans le WP1 (lien interne), et sera complété grâce au croisement d’autres référentiels et travaux propres au WP2.
Animateurs : Lucie Merlier (Cethil) & Maéva Sabre (CSTB)
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WP 2.1 : Évaluation microclimatique
WP 2.2 : Développement d’un cadre d’analyse multicritères
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• Définitions et caractéristiques des configurations sélectionnées
• Synthèse des protocoles de mesures et résultats associés, des modèles de simulation et résultats associés et des confrontations expé/simu
• Rapport de benchmark, Compléments aux outils de modélisation microclimatiques, Rapport d’évaluation, recommandations
• Cartographie des enjeux et des cadres d’évaluation, rapports de synthèse et d’analyse des co-effets
• Cadre d’analyse intégré issu des résultats exploités dans le WP2
• Animation d'ateliers et ressources de sensibilisation et production d’un guide technique à destination des professionnels de l’aménagement
Évaluation de solutions rafraîchissantes pour l’extérieur dans la rue canyon de SenseCity à l’aide d’instrumentation climatique (SenseCity, UGE)
Approches cloisonnées vs. décloisonnées (Figure réalisée pour la rédaction l’étude de montage sur la base des cadres d’évaluation One Health, Solutions fondées sur la Nature, Objectifs de Développement Durable des Nations Unies).
#WP3
Le WP3 se focalise sur le passage des résultats des WP1 (lien interne) et WP2 (lien interne) à leur mise en œuvre sur le terrain dans le cadre de démonstrateurs. Aussi, deux grandes familles de démonstrateurs seront étudiées : des démonstrateurs territoriaux et des démonstrateurs technologiques. Ces derniers seront réalisés sur une échelle plus réduite et permettront d’affiner les méthodes d’évaluation et d’instrumentation pour les démonstrateurs territoriaux.
La mise en œuvre de solutions et/ou le suivi de démonstrateurs territoriaux nouveaux ou existants permettra la mise en visibilité des bénéfices des solutions de rafraîchissement.
Ces retours d’expérience seront capitalisés et valorisés dans le cadre d’un « club de démonstrateur » et pourront requestionner les caractérisations, plages d’utilisation, méthodes, essais et simulations établis à différentes échelles dans les WP1 et WP2.
Démonstrateurs
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WP 3.1 : Capitalisation et valorisation des démonstrateurs
WP 3.2 : Structuration d’une filière des acteurs
WP 3.3 : Démonstrateurs technologiques et territoriaux
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• Base de données démonstrateurs et animation de rencontres et groupes de travail, plateforme en ligne
• Mise en visibilité de l’offre et la demande en expérimentations de solutions
• Suivi et rex de démonstrateurs dont tests des livrables des WP1 et 2
Animateurs : Anaïs Buatier (Biotope) & Loéna Trouvé (Cerema)
Les premiers territoires retenus
#WP0
Transfert et valorisation des résultats
Le WP0 contribue à la construction des synergies entre les différents axes de travail, dont les responsables se rencontreront régulièrement, afin de structurer la capitalisation des savoirs et d’organiser la valorisation de l’ensemble des résultats auprès d’un large public. Des journées techniques et scientifiques seront organisées afin de rassembler les acteurs de la filière ou cibler pour faire connaître les travaux d’ISSU au plus grand nombre dans un objectif de transfert et de partage des connaissances générées.
Animateurs : Abboud Hajar (COLAS)
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• Développement de modèles communs
— méthodes d’essais
— outils, logiciels• Guides, doctrines et recommandations
— Prescription
— Cartographie des cadres d’évaluation
• Formation
— Supports de cours
— MOOC
• Retour d’expérience des démonstrateurs
— Fiche d’usage, forces et faiblesses -
• Site Web
• Journées de restitution
• Articles, Conférences, Salons
• Valorisation internationale (Driving Urban Transition)