Modelisation, Ville & Changement climatique

colloque final

Valery masson — 2014-10-20T16:28:27Z

- Résultats (fichiers sources)

Rapport final

Valery masson — 2014-10-20T13:36:33Z

Le rapport final du projet est disponible ici :

Rapport final du projet MUSCADE

Colloque final

Valery masson — 2014-10-20T13:33:12Z

Le colloque final du projet MUSCADE s'est tenu le 3 octobre 2014 devant 250 personnes, au cours d'un séminaire "La chaleur et la ville" organisé par la Région Île de France et l'Institut d'Aménagement et d'Urbanisme d'Île de France.
Les présentations sont disponibles ci-dessous :

- Résultats

Rapport final

Valery masson — 2014-09-10T11:26:47Z

- Livrables

Thèse de Cécile De Munck : Végétation urbaine, confort climatique et demande énergétique

Cécile De Munck — 2013-11-18T15:27:50Z

Thèse soutenue le 8 Novembre 2013 au CNRM

Titre

Modélisation de la végétation urbaine et des stratégies d'adaptation au changement climatique pour l'amélioration du confort climatique et de la demande énergétique en ville

Réalisée dans le cadre des projets CLIM2, MUSCADE et VegDUD

Jury

Aude Lemonsu (Directrice de thèse, CNRM), Valéry Masson (Examinateur, CNRM), Marjorie Musy (Rapporteur, CERMA), Georges Najjar (Rapporteur, Université de Strasbourg), Fabrice Rodriguez (Examinateur, IFSTTAR), Evyatar Erell (Examinateur, Université de Ben Gurion, Israël), Serge Chauzy (Examinateur,OMP), Florence Habets (Examinateur, Mines ParisTech).

Présentation orale

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Manuscrit

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Avancement

Colette Marchadier — 2011-07-20T11:46:52Z

AVANCEMENT GENERAL DU PROJET EN JUIN 2011

Toutes les taches ont été démarrées conformément au plan initial. Certains retards identifiés n'entrainent pas d'impact sur le planning général.

Avancement général des taches du projet = 51%

AVANCEMENT DES ETUDES EN JUIN 2011

LES SCENARIOS

Le travail de construction de scénarios se retrouvant dans 2 autres projets, avec des similitudes et des différences, il a été décidé de mutualiser fortement les efforts et d'organiser certaines réunions communes. La méthodologie et l'exercice de construction et mise en cohérence de différents scénarios sont disponibles, portés par le projet ACCLIMAT. Les scénarios d'expansion urbaine ont été réalisés pour le projet VURCA par le CIRED, et certains points vont être améliorés dans MUSCADE, en particulier avec la participation de l'IAU et le LIENS. Les scénarios du bâti ont été construits pour le projet VURCA par le GAME et CSTB : MUSCADE va réutiliser la méthodologie et les données, et enrichir les scénarios avec la production d'énergie décentralisée (LRA). Les projections climatiques ont été identifiées par Julia Hidalgo, post doctorante au GAME.
L'ensemble du travail sur les scénarios est avancé approximativement à 75%.
L'ensemble de cette tâche a été retardée suite à cette mutualisation, mais sans impact sur le calendrier du projet puisque les simulations des scénarios sont prévues au début 2012.

LES MODELES PHYSIQUES

L'amélioration de l'énergétique du bâtiment dans le modèle de climat urbain SURFEX a été réalisée par Bruno Bueno, post doctotant MUSCADE au GAME, en particulier avec la prise en compte de la climatisation (idéale & réelle), du bilan d'énergie, des apports solaires, charges internes, de l'infiltration et la ventilation. Les protections solaires et la ventilation naturelle restent à implémenter.
Cette amélioration s'est appuyée sur le travail au CSTB de réalisation et simulation de plusieurs « maquettes types » des bâtiments parisiens. Des maquettes restent encore à construire, simuler et comparer avec SURFEX.

La méthodologie est définie, le travail d'amélioration du code est terminé à 80% et
le travail de simulation des maquettes est avancé à 50%.

L'amélioration de la prise en compte de la végétation a démarré avec l'arrivée de Cécile de Munck, doctorante au GAME financée en partie par MUSCADE, et porte essentiellement sur une étude bibliographique sur les toits et façades végétalisées.

L'étude de production d'énergie décentralisée à l'échelle de l'ilot a été réalisée par Hassan Ait Haddou, post doctorant MUSCADE au LRA, et Marion Bonhomme, doctorante ai LRA-CSTB. Un logiciel de Morphologie Urbaine a été développé (MUSE), pour reproduire la plateforme MORPHOLOGIC initialement prévue, tout en ajoutant les fonctionnalités spécifiques à MUSCADE, en particulier un outil « Générateur d'ilots », qui permet de passer de l'échelle de la ville (NEDUM) à celle des bâtiments dans SURFEX. Le logiciel MUSE apporte de plus une compatibilité avec la plateforme développée dans le cadre du projet ACCIMAT.

Une première version de MUSE est d'ores et déjà disponible.
Le module « générateur d'îlots » est en cours de développement.

LE MODELE D'EXPANSION URBAINE

La version 2D de NEDUM a été développée par le CIRED, et permet désormais de produire des cartes en sortie des simulations d'expansion urbaine. Le développement a été mené conjointement au projet ANR VMCS VURCA.

L'étude de l'expansion passée de Paris et de plusieurs territoires environnants a été réalisée par Thomas Leveiller, post-doctorant MUSCADE au LIENS. Des indicateurs ont été définis (mutation interne au sein de l'habitat, mutation des zones naturelles, gradient de dilution de l'habitat, …) pour décrire les territoires étudiés et leur évolution temporelle. Ces données vont etre utilisées par NEDUM pour valider les simulations d'expansion dans le passé.
L'analyse temporelle est terminée. L'analyse spatiale de l'évolution et
la validation de NEDUM 2D restent à faire.

LES SIMULATIONS INTEGREES

Les premiers forçages atmosphériques ont été construits et sont disponibles la période 1961-2100, et la construction des ilots de chaleur a été initiée par Julia Hidalgo.
Le travail de construction des champs de surface va s'appuyer sur le projet VURCA, et va démarrer au dernier trimestre 2011.
La tâche démarre conformément au plan initial.

PRINCIPAUX TRAVAUX A VENIR D'ICI FIN 2011

Finaliser les développements dans SURFEX, en particulier les toits végétalisés et les améliorations de l'énergétique du bâti (maquettes/simulations).

Finaliser et valider NEDUM 2D

Préparer les données nécessaires à la simulation (champs de surface, données de validation, …)

Initier les simulations sur Paris actuel.

Avancement du projet en Aout 2010

avancement =14%

Planning MUSCADE de Mai 2010

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Planning initial du projet

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Communications

Colette Marchadier — 2011-07-20T11:24:06Z

INTERNATIONAL : REVUES A COMITE DE LECTURE

1. Bueno, B. ; Pigeon, G. ; Norford, L. K. ; Zibouche, K. & Marchadier, C. Development and evaluation of a building energy model integrated in the TEB scheme Geoscientific Model Development, 2012 , 5 , 433-448 http://www.geosci-model-dev.net/5/433/2012/gmd-5-433-2012.html

2. Bueno, B. ; Norford, L. ; Pigeon, G. & Britter, R. A resistance-capacitance network model for the analysis of the interactions between the energy performance of buildings and the urban climate Building and Environment, 2012 , 54 , 116 – 125

3. Bueno, B., Leslie Norford, Julia Hidalgo, Gregoire Pigeon. The Urban Weather Generator. Soumis à Journal of Building Performance Simulation. 2012. Submitted.

4. Bueno, B., Julia Hidalgo, Gregoire Pigeon, Leslie Norford, Valery Masson. Air temperatures above the urban canopy layer from measurements at a rural operational weather station. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 2012. Submitted

5. A. Lemonsu, V. Masson, L. Shashua-Bar, E. Erell, and D. Pearlmutter. Inclusion of vegetation in the Town Energy Balance model for modeling urban green areas. Geoscientific Model Development. 2012. Submitted.

6. Hidalgo J. and Masson V. From daily climatic scenarios to hourly atmospheric forcing fields when dynamical downscaling is used in impact studies. (Submitted to Climate Research)

7. Viguié, V., Hallegatte, S., 2012. Trade-offs and synergies in urban climate policies. Nature Climate Change 2, 334–337.

8. Viguié, V., Hallegatte, S., Rozenberg, J., 2011. Downscaling long term socio-economic scenarios at city scale : a case study on Paris. Economic geography. submitted.

9. Leveiller, T., Long, N., 2012 Vers un développement durable de l'aire urbanisée de la région Ile-de-France : une démarche amorcée. . Environnement Urbain, vol 7, pp 18-37. Accepté.

10. Masson V., C. Marchadier, L. Adolphe, R. Aguejdad, P. Avner, M. Bonhomme, G. Bretagne, X. Briottet, B. Bueno, C. de Munck, O. Doukari, S. Hallegatte, J. Hidalgo, T. Houet, J. Le Bras, A. Lemonsu, N. Long, M.-P. Moine, T. Morel, L. Nolorgues, G. Pigeon, J.-L. Salagnac, K. Zibouche, 2014 : Adapting cities to climate change : a systemic modelling approach. Urban Climate, sous presse, doi : 10.1016/j.uclim.2014.03.004.

INTERNATIONAL : OUVRAGES OU CHAPITRES

INTERNATIONAL : CONFERENCES

1. Hassan AIT HADDOU, Marion BONHOMME, Luc ADOLPHE, A new renewable energy platform. International scientific conference CISBAT 11, 14 -16 September 2011, Lausanne, Switzerland.

2. Marion BONHOMME, Hassan AIT HADDOU, Luc ADOLPHE, Integrate renewable energies in the urban morphology : A decision support tool to reduce GHG emissions in ecocities. Écocity 2011, 22-26 août 2011, Montréal, Canada.

3. Marion BONHOMME, Hassan AIT HADDOU, Luc ADOLPHE, Energy and urban morphology : A decision support tool for urban energy paradox. ISUF 2011, The Eighteenth International Seminar on Urban. Form Urban Morphology and the Post-Carbon City Concordia University, 26 - 29 August 2011, Montréal, Canada.

4. Julia Hidalgo, Bruno Bueno, and Valéry Masson, How to obtain atmospheric forcing fields for Surface Energy Balance models in climatic studies, 2011, General Assembly of the European Geosciences Union, March 2011, EGU.

5. Bruno BUENO, Grégoire PIGEON, Development and evaluation of a Building Energy Model in the Town Energy Balance scheme, March 2011, EGU.

6. Viguié, Hallegatte et Rozenberg, Scenarios for Paris Development in the XXI St Century : a Prospective Exercice on the Impact of a Carbon Taxe, International Association for Energy Economics International Conference, - Stockholm, Juin 2011.

7. B. Bueno, G. Pigeon, K. Zibouche, V. Masson, DEVELOPMENT AND EVALUATION OF ACOMPREHENSIVE BUILDING ENERGY MODEL IN THE TOWN ENERGY BALANCE SCHEME : TEB-BEM, International Workshop on Urban Weather and Climate : Observation and Modeling, 12–15 July 2011, Beijing, China.

8. Genovese E., V. Viguié, S. Hallegatte, P. Avner (2011). Urban modeling vs. actual cities : towards an operational assessment of mismatches. FIG International Conference 2011, Marrakech, 18-22 May 2011.

9. Bonhomme M., Ait Haddou H., Adolphe L. « The Block-Generator:A tool for classification and evolution of urban typologies to assess environmental performances at the city scale ». PLEA 2012, Lima.

10. Leveiller T., Long N., Paris's urban area:a turning point in urban planning ? The Eigtheenth International Seminar on Urban Form, ISUF 2011, Montreal, Canada, 26-29 July 2011.

11. Pigeon G., Zibouche K., Bueno B.. Development and evaluation of a comprehensive building energy model in TEB. ICUC8, 6-10 Aug 2012, Dublin.

12. Hidalgo J., Bueno B. and Masson V. About forcing fields for SVAT models in urban climatic studies. ICUC8 conference in Dublin, August 2012.

13. Bueno B., Hidalgo J., Pigeon G., Norford L. Prediction of urban air temperatures from measurements at an operational weather station. ICUC8 conference in Dublin, August 2012.

14. Viguié, Hallegatte, A First Quantification of Trade-Offs and Synergies in Urban Climate Policies, Planet Under Pressure 2012, London, UK, March 2012

15. Viguié, Hallegatte, Urban scenarios to inform climate policies : a case study on Paris urban area, Planet Under Pressure 2012, London, UK, March 2012

16. Masson et al, Adapting cities to Climate Change : a systemic modelling approach, ICUC8 conference in Dublin, August 2012.

FRANCE : REVUES A COMITE DE LECTURE

1. Leveiller T., Long N., Vers un développement durable de l'aire urbanisée de la région Ile-de-France : une démarche amorcée, Environnement Urbain. En correction.

2. Leveiller T., Long N., Analyse des formes urbaines à partir de métriques spatiales : une approche par télédétection et SIG, Cybergeo. Soumis

FRANCE : OUVRAGES OU CHAPITRES D'OUVRAGES

FRANCE : CONFERENCES

1. Marion BONHOMME, Hassan AIT HADDOU, Luc ADOLPHE, Système d'aide à la décision pour la prise en compte de l'énergie dans la conception urbaine. ROADEF2011, le 12e congrès annuel de la Société française de Recherche Opérationnelle et d'Aide à la Décision. 2-4 mars 2011, Saint-Étienne, France.(apparu)

2. Masson. Simulation intégrée de la ville : Stratégies d'adaptation au Changement climatique pour Anticiper la Demande et la production Energétique. Colloque GIS Modélisation urbaine, Marne la Vallée, Février 2011.

3. Leveiller T., Long N. Analyse de différentes formes urbaines par télédétection à très haute résolution spatiale, Colloque Image et Ville, 12 et 13 décembre 2011, Paris 13ème.

DIFFUSION : ARTICLES DE VULGARISATION

1. Viguié, and Hallegatte. 2010. Les villes aujourd'hui, quelle vulnérabilité au changement climatique ? Villes et adaptation au changement climatique. Rapport de L'Onerc.

2. Masson. 2010. Contribution à : Perspectives : la recherche urbaine liée aux enjeux climatiques. Villes et adaptation au changement climatique. Rapport de L'Onerc 2010.

3. Masson. 2010. Jusqu'à +4°C pour Paris à partir de 2080 :Comment s'adapter ? Cahiers de l'IAU ile de France.

DIFFUSION : CONFERENCES DE VULGARISATION

1. Viguié, Hallegatte et Rozenberg L'agglomération parisienne au XXIème siècle : leçons préliminaires d'un exercice de prospective numérique, club Vitecc et journées parisiennes du climat, octobre 2010

Rapports pour l'ANR

Colette Marchadier — 2010-07-08T11:21:49Z

Rapports "semestriels" demandés par l'ANR

- Suivi du projet

Logo MUSCADE

Colette Marchadier — 2010-05-19T04:37:59Z

logo Muscade

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Résumé du projet

Colette Marchadier — 2010-05-10T09:17:47Z

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.