EVA (Eau, Végétation, Albédo) EVALUATION QUANTITATIVE DE L’IMPACT SUR LE MICROCLIMAT, LES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES DES BATIMENTS ET LE CONFORT INTERIEUR ET EXTERIEUR DE TROIS PRINCIPES DE RAFRAICHISSEMENT URBAIN. APPLICATION AU QUARTIER DE LA PART-DIEU A LYON

Abstract : Les grandes agglomérations françaises doivent faire face à des enjeux environnementaux impératifs et complexes, en particulier, la difficile compatibilité entre densification et adaptation climatique. Pour limiter l’étalement urbain et les nuisances qui lui sont attribuées (consommation énergétique des déplacements urbains, émission de gaz à effet de serre, consommation d’espace, imperméabilisation des sols…), il faut reconstruire la ville sur elle-même, la densifier. Cependant, une densification mal organisée conduit à un environnement urbain dans lequel la qualité de vie risque de s’appauvrir. Il s’agit donc d’organiser cette densification pour la rendre acceptable, mais aussi, de l’expliquer, et de la justifier sur des critères objectifs et démontrés. Simultanément, il s’agit d’anticiper l’évolution climatique et ses conséquences. Parmi celles-ci, s’impose, pour les grandes villes, la synergie d’un réchauffement climatique planétaire et d’un effet d’îlot de chaleur urbain. Si cette évolution n’est pas envisagée du point de vue de la planification urbaine, la réponse sera à dominante énergétique (rafraîchissement des bâtiments pour solutionner les nécessités sanitaires et les exigences de confort des citadins), mettant ainsi à mal les objectifs de réduction de la consommation énergétique des bâtiments. Les deux objectifs environnementaux que nous venons de rappeler se traduisent dans la pratique des projets urbains par des interrogations récurrentes sur les rôles relatifs de la forme urbaine, des matériaux et des aménagements (végétal, eau…). Pour améliorer le confort d’été dans les villes, une des principales solutions avancées est l’accroissement de la place de la végétation. La présence de l’eau est également questionnée. Eau et végétation, ont par ailleurs des rôles d’agrément qui les rendent fortement attractives. Cependant, la ville dense laisse peu de place aux surfaces naturelles et l’impact de tous les types de surfaces est questionné. Dans le projet EVA, l’étude porte sur toutes les surfaces urbaines - sols et surfaces des bâtiments- et la composition de trois solutions qui permettent d’abaisser les températures de surfaces : la végétalisation, l’humidification et l’utilisation de matériaux à fort albédo (réfléchissant le rayonnement solaire). Les applications concernent l’échelle du quartier et le quartier choisi est celui de la Part-Dieu à Lyon du fait de sa forte densité et de la présence de bâtiments tertiaire dont la réhabilitation sera difficile. Elles prennent en compte des évolutions du quartier (aménagements, usage) et des évolutions liées au changement climatique. Le travail s’appuie sur l’expérimentation pour la mise en place d’un modèle pour représenter l’humidification des chaussées et sur la simulation numérique à l’aide des modèles de connaissance Solene-microclimat, EnviBatE et ARPS-canopée. Le premier résultat est la mise en place et la validation d’un modèle d’humidification/arrosage. Celui-ci, basé sur les mesures faites dans le cadre du projet ROSURE réalisé par l’IRSTV à Nantes (IFSTTAR/LHEEA) a ensuite été appliqué sur les mesures réalisées par Veolia dans la rue de la Buire à Lyon. Ce modèle de surface humidifiée/arrosée a été intégré aux modèles Solene-microclimat, EnviBatE. Le second résultat est le choix et la mise en place de scénarios d’aménagement des zones étudiées : A partir de l’analyse du quartier existant et des éventuelles évolutions déjà connues, plusieurs types de scénarios de déploiement des dispositifs ont été développés : 3 scénarios mono-dispositifs extrêmes (couverture maximale par le dispositif), dont les résultats permettront de mettre en évidence les meilleures conditions de performance de ces dispositifs ; Un scénario d’optimisation avec plusieurs dispositifs dans lequel les avantages de chaque type de dispositif seront exploités ; 3 scénarios décomposés par dispositif à partir du scénario optimisé, afin de comprendre comment les effets des dispositifs se cumulent. Ces situations sont soumises à des séquences de climat actuel et le scénario optimisé est croisé avec un scénario climatique (scénario A2 2050) ce qui, avec les scénarios de référence donne 8 cas actuels par quartier plus deux avec le scénario futur. Deux étapes de simulation sont nécessaires. La première concerne la simulation de l’état existant et des scénarios monodispositifs. C’est à partir de leur analyse que la définition du scénario d’optimisation a été décidée. Les résultats numériques des simulations ont été analysés en termes d’impact sur les besoins énergétiques des bâtiments climatisés (Consommation sur l’été et puissances de pointe), de confort thermique à l’extérieur (pourcentage de temps par types d’inconfort), d’impact climatique à l’échelle du quartier et des quartiers environnants (température, vent, humidité). Le choix de travailler sur des besoins en rafraichissement, supposant ainsi à tort que tous les bâtiments sont climatisés permet, notamment pour les climats futurs de mesurer l’impact énergétique que pourrait entrainer l’évolution climatique dans le cas où les usagers s’équipaient de climatisation pour assurer leurs exigences de confort et la manière dont l’aménagement peut réduire les besoins et donc le recours à la technique. Du point de vue scientifique, le projet a permis de mettre au point la représentation dans les modèles d’un nouveau type de solution de rafraichissement (l’humidification de chaussée) et de le valider. Il a également permis de proposer une méthode de comparaison des impacts des dispositifs étudiés. Par ailleurs, l’analyse des résultats contribue à une meilleure connaissance des effets de chacun des dispositifs et de la manière dont ils interagissent entre eux et avec la forme urbaine. La synthèse des résultats des simulations a permis de tirer les enseignements les plus importants quant aux paramètres d’efficacité de chacun des dispositifs, aux modalités de composition et d’interaction des effets. A l’approche énergétique et climatique, a été ajoutée une comparaison des impacts sur la ressource en eau ainsi qu’un bilan en coût global de chacun des dispositifs et des scénarios. Celle-ci nous amène à conclure sur les points suivants : L’augmentation des albédos des façades et des toits est essentiellement bénéfique pour réduire les besoins énergétiques des bâtiments. L’impact sur les températures d’air et sur le confort est très réduit et peut même s’avérer localement négatif en raisons de réfections solaires vers les usagers des espaces. Cette action, notamment sur les voiries a une empreinte maximale sur la ressource carbone. Elle ne peut donc être préconisée que lors d’opérations prévues de ravalement, réfection de toiture ou de voirie. La végétalisation est la solution qui est la plus efficace en termes de confort thermique extérieur, notamment en présence d’arbres qui apportent de l’ombrage aux surfaces horizontales et verticales environnantes. Cependant, dans certains cas, la présence trop importante d’arbres, qui font barrière au vent peut dégrader localement le confort. Il faut donc, pour le confort d’été, veiller à distribuer les masses d’arbres de manière à ne pas bloquer les écoulements d’air. C’est également la solution la plus favorable en terme de biodiversité. L’humidification des chaussées a également un effet favorable sur le confort proche de celui de la végétalisation, mais qui est restreint au niveau des surfaces d’application des solutions. Cette solution est par ailleurs moins consommatrice en eau que la végétalisation. Pour l’humidification comme pour la végétation, à certains moments de la journée, la réduction moyenne de température d’air peut atteindre 2°C. La composition de ces trois solutions permet d’optimiser les impacts à la fois sur le besoin énergétique des bâtiments (donc, en l’absence de système de rafraichissement sur le confort intérieur) et sur le confort extérieur. Cependant, pour l’un comme l’autre de ces objectifs, on n’observe pas une addition directe des effets. L’humidification et le végétal étant appliqués à des surfaces différentes, on constate lors de l’utilisation simultanée des deux solutions une amélioration supplémentaire de la température d’air et de l’indice de confort. Par contre, pour les besoins énergétiques, du fait du remplacement des surfaces de sol à fort albédo par de la végétation ou de l’humidification, on a pu observer, dans les cas de composition des réductions moindres de celles obtenues pour les simulations avec uniquement les matériaux réflectifs. Les simulations avec les données du scénario A2 projeté en 2050 montrent dans le cas de référence une augmentation de 18% des besoins de rafraichissement, avec pour les bâtiments les moins bien isolés et orientés, des augmentations de l’ordre de 30 à 40%. L’utilisation de l’humidification des chaussées réduit en moyenne de moins de 1% cette augmentation, la végétalisation d’un peu plus de 1% et l’utilisation de revêtement d’albédo élevé de 7%. La composition des trois solutions n’apporte pas d’impact supplémentaire à celui de l’albédo. Les effets sont très variables si on les observe à l’échelle du bâtiment. En particulier, pour les derniers étages, l’utilisation de revêtements réflectifs permet largement de compenser les impacts du changement climatique. Même si les tendances sont globalement retrouvées sur les trois sites d’études, choisis pour leurs caractéristiques différentes, on constate bien que localement, des différences peuvent être relevées, qui soulignent la nécessité d’études même simplifiées, pour chaque nouveau projet.
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Rapport
[Rapport de recherche] ADEME; IRSTV FR CNRS 2488. 2017
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Contributeur : Marjorie Musy <>
Soumis le : mardi 19 septembre 2017 - 19:47:45
Dernière modification le : jeudi 7 février 2019 - 15:27:02

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Marjorie Musy, Philippe Maillard, Marie-Hélène Azam, Jean-Baptiste Bailly, Elsa Barel, et al.. EVA (Eau, Végétation, Albédo) EVALUATION QUANTITATIVE DE L’IMPACT SUR LE MICROCLIMAT, LES CONSOMMATIONS ENERGETIQUES DES BATIMENTS ET LE CONFORT INTERIEUR ET EXTERIEUR DE TROIS PRINCIPES DE RAFRAICHISSEMENT URBAIN. APPLICATION AU QUARTIER DE LA PART-DIEU A LYON. [Rapport de recherche] ADEME; IRSTV FR CNRS 2488. 2017. 〈hal-01590630〉

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