Modelisation, Ville & Changement climatique

Rapport final

Valery masson — 2019-05-13T17:36:57Z

CONSTRUIRE NOS VILLES AVEC LE MICRO-CLIMAT : DONNEES ET DOCUMENTS REGLEMENTAIRES

Rapport final du projet MApUCE

Le projet MApUCE vise à intégrer dans les politiques urbaines et documents juridiques des données quantitatives de microclimat urbain et énergie.

L'objectif général du projet MApUCE nécessite 1) d'obtenir des données quantitatives énergie-climat à partir de simulations numériques et 2) de proposer une méthodologie pour intégrer de telles données quantitatives dans les procédures juridiques et les politiques urbaines. La ville étant un système complexe, le consortium était très interdisciplinaire, regroupant des chercheurs en météorologie, architecture, géomatique, géographie, urbanisme, sociologie et énergie, en droit, ainsi qu'un acteur opérationnel : la fédération nationale des agences d'urbanisme.

Une enquête a été menée au cours du projet auprès des 51 agences d'urbanisme françaises, avec pour objectifs d'identifier les bonnes pratiques, les freins et les leviers. Les principales conclusions sont :
– Une implication forte sur les axes énergie-climat, notamment sobriété et EnR
– Un climat urbain généralement peu pris en compte
– Une échelle pertinente : l'îlot urbain (ou « pâté de maisons »)

Les partenaires du projet se sont donc focalisés sur la production de données urbaines et microclimatiques sur toutes les villes de France, à très haute résolution (l'îlot urbain), ainsi qu'aux aspects liés au climat urbain dans l'urbanisme.

Une base de données urbaines en open-data, une quantification de l'îlot de chaleur urbain sur 40 villes, urbanisme et droit sur 3 terrains d'études.

Afin d'obtenir une base de données homogène sur toute la France, les données issues de l'IGN et du recensement de la population de l'INSEE ont été utilisées. Ceci a permis de construire 80 indicateurs morphologiques, typologiques et socio-économiques, sur plus de 40 agglomérations.

Une recherche bibliographique sur le patrimoine architectural de différentes régions de France a permis la construction d'une base de données architecturales, pour décrire les matériaux en fonction des typologies, usages et âges des bâtiments.

Les comportements des habitants ont été intégrés, à partir d'enquêtes dédiées existantes, dans le modèle de climat urbain TEB, sous la forme de deux indicateurs, sur la régulation énergétique et les équipements.

Des modèles atmosphériques sur ordinateur ont calculé l'îlot de chaleur urbain estival sur 43 villes. Ces modèles ont été validées spécifiquement sur Toulouse et Dijon à partir de réseaux stations météorologiques urbaines.

Une analyse des documents juridiques et de cas exemplaires a été menée, ainsi que le développement d'un outil de transfert : les cartes climatiques urbaines. Trois expérimentations ont été menées à Toulouse, Aix-en-Provence et La Rochelle afin de confronter les outils développés à des démarches de planification réelles.

Résultats majeurs du projet

Les données urbaines produites dans ce projet sont visualisables et téléchargeables, en open data, sur le site web https://github.com/orbisgis/mapuce.orbisgis.org/tree/gh-pages/data/icu

Les cartes climatiques urbaines représentent un outil de diagnostic microclimatique du territoire urbain et de co-construction pour la traduction réglementaire des enjeux identifiés. Elles sont en cours d'exploitation à l'agence d'urbanisme de Toulouse (voir http://lib.aua-toulouse.org/CarteDuMois/170419/). Une méthodologie en types de temps permet aussi de compléter utilement les quelques informations météo utilisées habituellement par les collectivités.

Des fiches-outils juridiques et un guide méthodologique à destination des collectivités et agences d'urbanisme présentent les données, identifient les leviers et regroupent des recommandations pour la prise en compte du micro-climat urbain dans les documents d'urbanisme.

Production scientifique

Le projet MApUCE a permis de produire des bases de données urbaines originales (comme les typologies de bâtiments ou les zones climatiques locales), pour les études en lien avec le micro-climat mais avec un potentiel plus large. Ces données sont mises à disposition librement en open-data et peuvent ainsi servir de support à la communauté de scientifique.

Les résultats ont été publiés dans des revues internationales, mais aussi vers les acteurs des collectivités territoriales. Une attention particulière a été donnée pour contribuer à enrichir les enseignements de niveau master, notamment en urbanisme et en droit de l'environnement.

Le projet MApUCE est un projet de recherche fondamentale coordonné par le CNRM. Il regroupe 7 laboratoires de recherche et un acteur urbain : la fédération nationale des agences d'urbanisme. Le projet a commencé en mars 2014 et a duré 60 mois. Il a bénéficié d'une aide ANR de 908 389 € pour un coût global de l'ordre de 5 260 000 €.

Colloque final

Valery masson — 2019-02-26T13:38:15Z

Le colloque final s'est tenu le 22 janvier 2019 à l'IAU Île de France. Près de 60 personnes, agences, collectivités, services de l'état, chercheurs y ont assisté.

En voici les grandes lignes, ainsi que les présentations. L'ordre du jour, ainsi que la plaquette résumant les résultats sont téléchargeables ici :

Ordre du jour

Plaquette des résultats du projet MApUCE

Présentation générale du projet

Le projet répond à deux objectifs principaux : 1) obtenir des données quantitatives énergie-climat à partir de simulations numériques et 2) proposer une méthodologie pour intégrer de telles données quantitatives dans les procédures juridiques et les politiques urbaines.
Trois expérimentations ont été menées à Toulouse, Aix-en-Provence et La Rochelle afin de confronter les outils développés à des démarches de planification réelles.

Une analyse du système d'acteurs de cas exemplaires issus de la bibliographie et d'exercices de planification réels en France et l'étranger a mis en évidence :
La mise en œuvre d'une succession d'étapes nécessaires à l'internalisation de l'expertise climatique : : 1) l'étude, 2) l'expérimentation pour l'appropriation locale, 3) la formalisation, et enfin 4) la mise en œuvre et 5) l'évaluation.
Plus que les moyens économiques, la présence, côté acteurs, de personnes sensibilisées à l'intérêt de la démarche est fondamentale pour réussir.

Une enquête a été menée auprès des 51 agences d'urbanisme françaises, avec pour objectifs d'identifier les bonnes pratiques, les freins et les leviers. Les principales conclusions sont :
– Une implication forte sur les axes énergie-climat, notamment sobriété et EnR
– Un climat urbain généralement peu pris en compte
– Une échelle pertinente : l'îlot urbain ou (« pâté de maisons »)

Présentation générale du projet

Une base de données urbaines et architecturales

Afin d'obtenir une base de données homogène sur toute la France, seules les données issues de la BD topo, de la BD parcellaire et du recensement ont été utilisées. Les données sont visualisables et téléchargeables sur le site web mapuce.orbisgis.org
– Sur plus de 50 agglomérations françaises
– A l'échelle du « pâté de maisons »
– Composée de 80 indicateurs morphologiques, typologiques, socio-économiques.

Le micro-climat et les consommations d'énergie dépendent fortement des caractéristiques du bâti. Une recherche bibliographique sur le patrimoine architectural de différentes régions de France ainsi qu'une étude des matériaux locaux a permis la construction d'une base de données architecturales . Celle-ci permet de décrire les technologies et matériaux les plus utilisés en fonction (1) de la typologie du bâtiment, (2) de son usage, (3) de la date de construction.

Présentation de la base de données urbaines et architecturales

La modélisation des comportements énergétiques

Les pratiques des habitants et usagers dans les bâtiments influent sur les consommations d'énergie, mais aussi le climat urbain et l'îlot de chaleur, pouvant accroître celui-ci de 1 à 2°C.
Ces comportements ont été intégrés, à partir d'enquêtes dédiées existantes, dans le modèle de climat urbain TEB, sous la forme de deux indicateurs :
Le comportement de régulation énergétique (la propension d'un ménage à plus ou moins réguler la consommation d'énergie dans son logement).
L'intensité d'usage et le taux d'équipement.
La variabilité spatiale des différents usages est déduite des données du recensement.
A titre d'exemple, une enquête menée sur un quartier de La Rochelle bénéficiant d'une politique de rénovation urbaine a identifié trois types de comportement dont une catégorie qui ne se sent ni responsable ni concernée par la maitrise de sa consommation énergétique.

Présentation de la modélisation des comportements énergétiques

La modélisation de l'îlot de chaleur

Pour une quarantaine de villes traitées, des modèles atmosphériques sur ordinateur ont permis d'estimer l'îlot de chaleur urbain, pour des conditions estivales favorables aux fortes chaleurs. Sur Toulouse et Dijon, d'autres types de temps ont aussi été simulés. Ces simulations numériques y ont été validées à partir de réseaux stations météorologiques urbaines.
Une méthodologie en types de temps (cf. encadré), définis à partir des conditions météorologiques du jour hors de la ville, permet de compléter utilement les quelques informations météo utilisées habituellement par les collectivités lors du diagnostic (rose des vents, profils annuels climatiques).

L'approche par type de temps développée ici permet de discriminer les situations plutôt ventées, chaudes, pluvieuses, anticycloniques d'hiver etc… et leur chance de se produire. En effet, toutes les situations météorologiques ne conduisent pas à un îlot de chaleur, et des enjeux particuliers peuvent ne se produire que lors de certaines situations.

Présentation de la modélisation du climat urbain

Un outil de transfert pour l'urbanisme :
Les cartes climatiques de l'environnement urbain

Divers outils de représentation cartographique d'îlot de chaleur et du climat urbain ont été développés, en lien avec les urbanistes. En collaboration avec Toulouse Métropole, un croisement des données modélisées d'îlot de chaleur estival et de la structure urbaine classifiée LCZ (« Local Climate Zones ») a permis de construire une carte climatique de l'agglomération. Les cartes climatiques représentent à la fois un outil de diagnostic microclimatique du territoire urbain et un outil de traduction réglementaire des enjeux identifiés pour lesquelles des recommandations sont co-construites entre climatologues et urbanistes.

Présentation des outils de transfert et témoignage d'un acteur : Toulouse Métropole

Guide méthodologique : le climat urbain dans le Droit

L'analyse juridique menée lors du projet MApUCE, dans un contexte législatif qui évolue fréquemment, a néanmoins permis de proposer des pistes et fondements juridiques de l'action locale visant à prendre en compte la problématique du microclimat et du climat dans les documents d'urbanisme. Des rédactions sont même proposées aux différentes échelles de planification. Des fiches outils, propres à chaque outil de de planification (SCOT, PLU(i)), sont disponibles en ligne sur le site www.gridauh.fr, et sont synthétisées dans un guide méthodologique (publication sur http://iuar-lieu-amu.fr/publications).

Présentation du guide méthodologique

Résultats du projet MApUCE

2017-06-27T10:03:07Z

Base de données

Afin de récolter des résultats précis sur ce projet, nous avons créé une base de données, disponible et observable sur le site hébergé sur le logiciel Orbisgis (http://mapuce.orbisgis.org/). Elle a été conçue et mise en place par des chercheurs appartenant au Lab-STICC, ainsi qu'au LIENSs et au LRA. La production de données est encore en cours et 69 agglomérations sur la France (soit 1600 communes, parmi les plus urbanisées) ont déjà été renseignées.

Cette base de données comporte des indicateurs par îlots, regroupés en grandes catégories :

•SURFACE (Comme les % de surface de bâtiments, % de surface de plancher, % de surface de végétaux, % de surface en eau, % de surface de routes).

•FORMES (Hauteur moyenne des bâtiments, Volume moyen des bâtiments, Compacité moyenne des bâtiments, Compacité moyenne des blocs).

•AUTRES (Distance moyenne entre bâtiments, Nombre de bâtiments).

•TYPOLOGIES (Type de bâtiment, zone climatique locale, usage).

Ces indicateurs typologiques sont particulièrement novateurs, et ouvrent, en lien avec les paramètres plus classiques, des pistes originales d'analyse de l'évolution des formes urbaines.

Analyse juridique

Pour ce projet, le LIEU a analysé le cadre formel du droit à l'urbanisme, à l'aide de la problématique suivante : Que prévoit actuellement le droit de l'urbanisme en matière d'intégration des questions énergie-climat dans les outils de planification ?

Ces analyses sont synthétisées sous forme de fiches méthodologiques, présentées par outil juridique.

Pour plus d'informations, cliquez sur les liens suivants :
https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354282/
https://halshs.archives-ouvertes.fr/halshs-01354282/document

Analyse de cas exemplaires

Une des missions du LISST visait à identifier et à analyser des approches exemplaires de prise en compte des problématiques énergétiques et climatiques dans différentes pratiques de planification et d'aménagement urbains. Ces expériences, menées en France et à l'étranger, avaient pour objectif d'analyser un panel de projets, considérés comme des “bonnes pratiques” pour identifier les leviers, qui ont permis la réalisation de ces projets, et pour capitaliser sur leurs acquis et sur leurs points de fragilité.

Ce retour d'expérience permet de tirer des enseignements sur les points-clés, mais aussi sur les sources de dysfonctionnement, qui pourront venir en appui aux recommandations pour une meilleure intégration des problématiques et des données climat-énergie dans les exercices de planification et d'aménagement de toute collectivité locale.

Analyse des besoins utilisateurs

La Fédération Nationale des agences d'Urbanisme a identifié et caractérisé les pratiques d'urbanistes sur l'intégration actuelle des considérations énergie-climat dans les exercices d'urbanisme : les bonnes pratiques, les freins et les leviers. Cette approche qui s'appuie uniquement sur des villes dotées d'une agence d'urbanisme, a permis de recueillir ces pratiques sur 25 agglomérations. De forts contrastes existent, autant sur les outils que sur la prise de conscience des problématiques micro-climatiques urbaines. A été soulevé le manque de données disponibles pour de telles études dans les agences d'urbanisme et collectivités.

Cas d'études

Sur la deuxième moitié de projet, une étude a débuté sur les trois terrains d'expérimentation, La Rochelle, Toulouse et Aix-Marseille, dans le but d'accompagner les collectivités. A La Rochelle, une analyse des problématiques en lien avec la rénovation énergétique du bâti ancien est menée. A Toulouse et à Aix-Marseille, les chercheurs accompagnent la collectivité dans sa démarche de PLUi, en lien avec les autres services impliqués dans les démarches climat et énergie.

PLUi : Plan Local d'Urbanisme intercommunal.

Modélisation des comportements

La modélisation des comportements consiste à inclure les comportements des habitants et usagers dans la modélisation de la consommation d'énergie dans les bâtiments, au sein du modèle de climat urbain TEB (Town Energy Balance). De plus, la collaboration entre des climatologues et des sociologues va aider à mieux comprendre les différents comportements sur le microclimat.

Pour cela, deux comportements ont été modélisés afin d'être utilisés dans le modèle de microclimat urbain TEB :

•L'intensité d'équipement et d'usage (par m2), estimant l'énergie spécifique relâchée dans le bâtiment (gros électroménager, principalement pour l'usage résidentiel).

•Le coefficient de régulation énergétique, permettant d'estimer si les personnes régulent plus ou moins la température de chauffage et adoptent, ou non, des comportements propices à diminuer la température en été (ex : fermer les volets le jour).

Des simulations avec un modèle atmosphérique à très haute résolution (250m) du microclimat sur Toulouse ont été réalisée, en utilisant les données de la base de données MAPUCE pour décrire le tissu urbain. Ceci a permis d'évaluer l'îlot de chaleur urbain sur plus d'une année, ainsi que les consommations d'énergie dans les bâtiments (cf figure). Plusieurs usages et comportements sont maintenant simulés dans chaque maille du modèle, pour, par exemple, prendre en compte en centre-ville des locaux commerciaux en rez-de-chaussée et des usages résidentiels et tertiaires au-dessus.

Source : http://www.geosci-model-dev-discuss.net/gmd-2017-78/gmd-2017-78.pdf

Ilots de chaleur urbains sur 42 agglomérations françaises

Les données d'ilot de chaleur urbain urbaines produites dans ce projet sont visualisables et téléchargeables, en open data, sur le site web https://github.com/orbisgis/mapuce.orbisgis.org/tree/gh-pages/data/icu

télécharger la plaquette du projet

Valery masson — 2015-10-01T10:01:54Z

- Plaquette

Usage des données MAJIC de la DGFIP

Valery masson — 2015-05-11T17:09:59Z

Le LIENSs dispose des données MAJIC de la DGFIP afin de déterminer plus précisément "les caractéristiques de bâtiments par rapport aux simulations réalisées sur le micro-climat urbain dans le cadre du projet MAPUCE (http://www.cnrm.meteo.fr/spip.php?article787)". Les informations enregistrées sont réservées à l'usage du laboratoire LIENSs pour ce projet. Elles ne seront pas communiquées à aucun autre destinataire, seulement le résultat des traitements prenant la forme d'un rapport statistique écrit (sans donnée à caractère personnel) sera transmis aux membres du projet MAPUCE.

Conformément aux articles 39 et suivants de la loi n° 78-17 du 6 janvier 1978 modifiée en 2004 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, toute personne peut obtenir communication et, le cas échéant, rectification ou suppression des informations la concernant, en s'adressant au laboratoire LIENSs.

Centre National de Recherches Météorologiques

Valery masson — 2014-03-20T09:57:18Z

Le CNRM (UMR3589) est un laboratoire Météo-France-CNRS. Il couvre les domaines de la météorologie et du climat.

En particulier, une équipe du laboratoire est spécialisée en climat urbain. Ce sont ces compétences qui seront exploitées durant MApUCE. http://www.cnrm-game.fr/

Partenaires du projet

Valery masson — 2014-03-20T09:35:34Z

Le Centre Nationale de Recherche Météorologiques, Toulouse, France

Le Laboratoire Interdisciplinaire d'Études Urbaines, Aix-en-Provence, France

La Fédération Nationale des Agences d'Urbanisme, Paris, France

Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l'Information, de la Communication et de la Connaissance, Vannes, France

Le Laboratoire Techniques, Territoires et Sociétés, Marne-La-Vallée, France

Le Laboratoire Littoral, Environnement et Sociétés, La Rochelle, France

Le Laboratoire Interdisciplinaire, Solidarités, Sociétés, Territoires, Toulouse, France

Le Laboratoire de Recherche en Architecture, Toulouse, France

Description du projet

Valery masson — 2013-09-23T14:22:25Z

L'exercice de planification en urbanisme constitue un cadre idéal pour l'intégration des problématiques énergétiques et climatiques dans les politiques publiques territoriales. Ces évolutions sont données par la loi Grenelle II, qui renforce l'aspect environnemental national.

►Pour son premier objectif du projet, MAPuCE cherche à obtenir des données quantitatives énergie-climat à partir de simulations numériques, en se focalisant sur l'énergie liée au bâti dans le secteur résidentiel et tertiaire. Elle représente 41% de la consommation finale d'énergie.
De plus, nous proposons de développer une méthode automatisée de production, à partir de bases de données nationales, de paramètres et indicateurs urbains pertinents (géométriques, architecturaux, socioéconomiques…) pour la simulation énergétique, à partir de l'échelle des quartiers français.

En matière de modèles, le projet s'appuiera sur le modèle de climat urbain TEB (de l'anglais Town Energy Balance), qui intègre un module d'énergétique du bâtiment. Nous développerons ensuite un modèle de comportement énergétique dans l'habitat et le tertiaire, afin de raffiner les calculs de consommation d'énergie de TEB. Le modèle, couplé climat urbain-énergie-comportement, sera appliqué à un panel de villes françaises, afin d'établir un diagnostic énergie-climat à l'échelle de la France pour le climat actuel ou futur (2050).

►Le deuxième objectif du projet cherche à proposer une méthodologie pour intégrer ces données quantitatives dans les procédures juridiques et les politiques urbaines. Il s'agit ici de travailler sur l'ensemble des documents d'urbanisme et juridiques adéquats pour identifier les potentiels leviers d'action et les échelles applicables, quels que soient les territoires et l'ingénierie en place.

Par la suite, nous analyserons l'aspect juridique pour déterminer comment les documents, ou dispositifs existants, intègrent, ou non, la problématique énergie-climat. L'étude de la mise en œuvre des dispositifs et de cas exemplaires nous permettra d'évaluer leurs performances.
Suite à l'analyse des besoins des agences d'urbanisme, nous définirons des vecteurs pour transférer des données quantifiées énergie-climat vers les documents juridiques, sous la forme, par exemple, de cartes climatiques. Toute la pertinence du projet est d'intégrer ces vecteurs dans les documents et pratiques qui présentent le meilleur potentiel.
Enfin, trois expérimentations sont prévues sur Toulouse, Aix en Provence et La Rochelle afin de confronter les outils développés à des démarches de planification réelles.

Les résultats :

Les résultats du projet sont diffusés en ligne, sous la forme de cartes standardisées, pour chaque ville étudiée. Elles croiseront les paramètres urbains et les données simulées énergie-micro-climat. Cependant, la chaîne de production des indicateurs urbains, ainsi que les modèles, seront diffusés en open-source.

Enfin, en réponse au but principal du projet, un guide proposant une méthode de mise en œuvre des politiques territoriales dans les différents documents juridiques et incitatifs sera produit. Il identifiera les leviers qui permettent d'améliorer la mise en œuvre des politiques d'économie d'énergie et de gestion du climat, en les intégrant dans les dispositifs de planification « au bon moment, au bon endroit, avec le bon outil ».

Partenaires

English :

The MApUCE project aims to integrate in urban policies and most relevant legal documents quantitative data from urban microclimate, climate and energy.

The primary objective of this project is to obtain climate and energy quantitative data from numerical simulations, focusing on urban microclimate and building energy consumption in the residential and service sectors, which represents in France 41% of the final energy consumption. Both aspects are coupled as building energy consumption is highly meteorologically dependent (e.g. domestic heating, air-conditioning) and heat waste impact the Urban Heat Island.

We propose to develop, using national databases, a generic and automated method for generating Local Climate Zones (LCZ) for all cities in France, including the urban architectural, geographical and sociological parameters necessary for energy and microclimate simulations.

Previous projects on adaptation of cities to climate change have shown that human behavior is a very potent level to address energy consumption reduction, as much as urban forms or architectural technologies. Therefore, in order to further refine the coupled urban climate and energy consumption calculations, we will develop within TEB (and its Building Energy Module) a model of energy consumer behavior.

The second objective of the project is to propose a methodology to integrate quantitative data in urban policies. Lawyers analyze the potential levers in legal and planning documents. A few ÃƒƒÃ‚Â¢€œbest casesÃƒƒÃ‚Â¢€ are also studied, in order to evaluate their performances. Finally, based on urban planning agencies requirements, we will define vectors to include quantified energy-climate data to legal urban planning documents.

These vectors have to be understandable by urban planners and contain the relevant information. To meet these challenges, the project is organized around strongly interdisciplinary partners in the following fields : law, urban climate, building energetics, architecture, sociology, geography and meteorology, as well as the national federation of urban planning agencies.

In terms of results, the cross-analysis of input urban parameters and urban micro-climate-energy simulated data will be available on-line as standardized maps for each of the studied cities. The urban parameter production tool as well as the models will be available as open-source. LCZ and associated urban (and social !) indicators may be integrated within the WUDAPT database (http://www.wudapt.org/).