Résumé du projet

Parmi les nombreuses problématiques concernant le « système ville », MUSCADE propose d’aborder l’énergie, la structure de la ville, et le changement climatique. Ces trois thèmes sont intimement liés, à la fois à l’échelle globale et locale : l’énergie utilisée par les villes est la source majeure des rejets anthropiques de gaz à effet de serre, qui sont la cause du réchauffement climatique global ; cette tendance globale est accentuée, à l’échelle locale, par la formation d’îlots de chaleur urbains influencés par la morphologie et la croissance des villes.
Dans les contextes mondial des accords de Kyoto, européen du récent « Paquet Energie Climat », et national du Grenelle de l’environnement, les décideurs urbains sont ainsi confrontés à des questions concrètes : Quel sera le climat d’une ville en expansion soumise au changement climatique ? Sa demande énergétique pour assurer le confort thermique des habitants hiver comme été ? Ses émissions de CO2 ? Comment déployer en ville une production décentralisée d’énergies renouvelables ? Comment adapter la structure urbaine ?

Pour apporter des éléments de réponses, on étudiera le cas de l’agglomération parisienne, et on se placera à l’échelle du siècle, pour tenir compte de l’inertie d’évolution de la structure urbaine et du changement climatique. On construira d’abord un jeu de scénarios combinant hypothèses climatiques, macroéconomiques (prix de l’énergie, croissance, démographie), évolutions du domaine urbain, techniques de bâti, et production d’énergie décentralisée. A partir d’une approche systémique de la ville, on étudiera les processus clés décrivant le comportement de différents éléments (bâti, îlot, ville) et leurs interactions à l’aide d’outils de modélisation numérique.

L’évolution de la ville à l’échelle du siècle sera modélisée par le modèle de socio économie urbaine NEDUM du CIRED, représentant les mécanismes sous-jacents à la dynamique d’un système urbain. Contrairement à d’autres modèles, comme TRANUS, très détaillés et adaptés à une projection à quelques décennies, NEDUM se base sur des principes économiques fondamentaux qui resteront valables sur le très long terme (2100). La ville y est représentée idéalisée et simplifiée ; La version 2D développée dans ce projet se rapprochera de la ville réelle, en intégrant une densité spatialisée des activités dans l’ensemble de la ville. Le modèle sera validé à partir d’une analyse, réalisée par ESO, de l’expansion de Paris sur les dernières décennies.

Pour les processus physiques, on s’appuiera tout d’abord sur un modèle zonal d’étude paramétrique du bilan énergétique du bâtiment (chauffage, climatisation, ventilation, apports solaires). Ce modèle sera intégré dans la plateforme SALOME par le CSTB pour l’appliquer à différentes configurations de bâtiments. Puis on utilisera la plateforme de modélisation SIG MORPHOLOGIC du LRA-GRECAU pour étudier l’influence de la morphologie d’un îlot sur les paramètres énergétiques, et les relations entre production d’énergie locale et paramètres microclimatiques.

Enfin, ces études permettront d’améliorer TEB, le modèle de microclimat urbain et échanges d’énergie entre ville et atmosphère du GAME (prise en compte des vitrages, façades et toitures végétalisées, orientation des rues et couplage entre microclimat et production décentralisée d’énergie). TEB permettra de réaliser des intégrations à l’échelle du siècle pour répondre aux problématiques de l’énergie dans la ville et du changement climatique. On développera, à partir des modèles de climat du GIEC, une méthode originale de reconstruction de la structure spatiale de l’îlot de chaleur à l’échelle de l’agglomération, en interaction avec TEB.

Au final les outils développés simuleront, de nos jours à 2100, l’expansion de l’agglomération parisienne, la consommation d’énergie liée au bâti, la production décentralisée d’énergie et la répartition des différents types d’énergie, la fréquence d’événements inconfortables, et les émissions de CO2. Seront aussi simulés certains aspects socio-économiques (accessibilité au logement, durée et dépenses de transport, capital productif), afin d’identifier des stratégies d’adaptation durables de la ville au changement climatique.

Si le projet se concentre sur l’énergétique liée au bâti, qui représente 44% de la consommation d’énergie finale totale actuelle, d’autres paramètres (énergies et émissions liées au transport, cout de mise en œuvre des stratégies d’adaptation) seront estimés pour établir le domaine de validité de l’étude.

La finalité du projet MUSCADE est de sensibiliser et proposer une base de réflexion, à partir de l’exemple de l’aire urbaine parisienne, aussi bien pour le monde scientifique que pour des décideurs, et permettre d’identifier des leviers d’action pour éclairer des choix futurs en termes de réglementation du bâti, modes de production d’énergie décentralisée et aménagement urbain.