MApUCE

MApUCE

Modélisation Appliquée et droit de l’Urbanisme : Climat urbain et Énergie

Le projet MApUCE vise à intégrer dans les politiques urbaines et les documents juridiques les plus pertinents des données quantitatives de microclimat urbain, climat et énergie, dans une démarche applicable à toutes les villes de France.

Coordinateur CNRM
Correspondant CNRM Valéry MASSON
Équipes CNRM GMME-VILLE
Site Internet du projet http://www.umr-cnrm.fr/ville.climat/spip.php?rubrique120
Financement ANR - Batiments Villes Durables 2013
Début Mars 2014
Durée 5 ans

 site web

L’ensemble des résultats du projet est disponible sur la page web du projet :
http://www.umr-cnrm.fr/ville.climat/spip.php?rubrique120

Les cartes de paramètres urbains sont visibles interactivement (et peuvent être téléchargé librement) ici :
http://mapuce.orbisgis.org/

 Objectifs

Le but du projet MApUCE consiste à intégrer dans les politiques urbaines et les documents juridiques les plus pertinents des données quantitatives de microclimat urbain, climat et énergie.

On s’attachera tout d’abord à obtenir ces données quantitatives, pour n’importe quelle ville de France et ce jusqu’à l’échelle des quartiers, à partir de simulations numériques, puis à définir une méthodologie pour les intégrer dans les documents juridiques et les politiques urbaines.

Objectif n°1 : Définir une stratégie de modélisation, à partir de bases de données nationales et à l’échelle de la France, du microclimat urbain, de la consommation d’énergie liée aux bâtiments et du comportement énergétique des habitants et usagers.

Objectif n°2 : proposer une méthodologie d‘intégration dans les procédures juridiques et les politiques urbaines de données quantitatives de microclimat urbain, climat et énergie.

 Apports du CNRM

  1. Mise en place d’un outil de production automatique (sous SIG) de production de paramètres urbains pour TEB (à partir de bases de données nationales de l’IGN et de l’INSEE). Un tel produit est très intéressant aussi pour les bureaux d’études en région lorsqu’ils doivent spécifier finement la cartographie pour utiliser SURFEX/MESONH pour les études de climat urbain (il pourra être utilisé en amont de la plateforme CLUE actuellement en transfert vers DP/SERV).
  1. Amélioration de TEB afin de prendre en compte des effets comportementaux des habitants et usagers.
  1. Définition de vecteurs de transferts (par exemple sous formes de cartes mixant des informations urbaines, climat et énergie) permettant de prendre en compte les problématique climat urbain et énergie dans les documents d’urbanisme (intérêt aussi vis à vis de la valorisation ultérieure par Météo-France). Des informations modélisées sur diverses villes françaises dans le cadre du projet pourront aussi être mis à disposition du public.

 Description du projet

L’exercice de planification en urbanisme constitue, de par les évolutions données par la loi Grenelle II, un cadre opportun pour l’intégration des problématiques énergétiques et climatiques dans les politiques publiques territoriales. Néanmoins, s’il donne un cadre au projet de territoire, il ne prend pas en charge sa mise en œuvre, et constitue un exercice limité à un territoire.

Afin de faciliter cette mise en œuvre, le projet MApUCE vise à intégrer dans les politiques urbaines et les documents juridiques les plus pertinents des données quantitatives de microclimat urbain, climat et énergie, dans une démarche applicable à toutes les villes de France.

Le premier objectif du projet consiste à obtenir ces données quantitatives énergie-climat à partir de simulations numériques, en se focalisant sur l’énergie liée au bâti dans le secteur résidentiel et tertiaire, qui représente 41% de la consommation finale d’énergie. Nous proposons de développer une méthode automatisée de production, à partir de bases de données nationales, de paramètres et indicateurs urbains (géométriques, architecturaux, socioéconomiques, …) pertinents pour la simulation énergétique, et ce à l’échelle des quartiers sur la France.

En terme de modèles, le projet s’appuiera sur le modèle de climat urbain TEB, qui intègre un module d’énergétique du bâtiment. Nous développerons un modèle de comportement énergétique dans l’habitat et le tertiaire afin de raffiner les calculs de consommation d’énergie de TEB. Le modèle ainsi 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 consiste à proposer une méthodologie pour intégrer de telles 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.

Nous analyserons l’aspect juridique pour déterminer comment les documents ou dispositifs existants intègrent – ou pas – la problématique énergie-climat. Puis l’étude de la mise en œuvre des dispositifs et de cas exemplaires nous permettra d’évaluer leurs performances.

Enfin, 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.

Trois expérimentations sont prévues sur Toulouse, Aix en Provence et La Rochelle afin de confronter les outils développés à des démarches de planification réelles.

Le projet est ainsi organisé autour de 5 volets scientifiques et 1 volet de coordination :

 Résultats

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 (Plan Local d’Urbanisme intercommunal), en lien avec les autres services impliqués dans les démarches climat et énergie.

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.

 Partenaires

Afin de répondre à ses enjeux, le projet MAPuCE s’organise autour de partenaires fortement interdisciplinaires en droit de l’urbanisme, climat urbain, énergétique du bâtiment, architecture, sociologie, géographie et météorologie, ainsi que la fédération nationale des agences d’urbanisme (FNAU).

Le Centre National 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