Modelisation, Ville & Changement climatique

Les "fiches ACCLIMAT"

Colette Marchadier — 2013-11-05T16:41:56Z

Présentation du projet ACCLIMAT

Le contexte, l'objectif, la méthodologie, les outils, les partenaires

1-acclimat_fiche_projet_v1.4.pdf

Interprétation des scénarios ACCLIMAT

Les 7 scénarios ACCLIMAT, leur interprétation et le guide explicatif des résultats

2-acclimat_interpretation_scenarios_v1.5.pdf

Fiche récapitulative des résultats ACCLIMAT

Le récit des 7 scénarios et les résultats de simulations en un coup d'œil

3-acclimat_fiche_recap_1.02.pdf

Analyse des scénarios ACCLIMAT

L'analyse et la comparaison des scénarios pour l'agglomération toulousaine

4-acclimat_analyse_v1.4.pdf

Programme complet

Colette Marchadier — 2013-11-05T16:12:00Z

- SEMINAIRE DE RESTITUTION DU PROJET ACCLIMAT

INTRODUCTION : le risque canicule et les mesures d'adaptation

Colette Marchadier — 2013-07-04T13:13:23Z

Les canicules

Les projections climatiques prévoient qu'une augmentation du risque de canicule se produira avec une très grande certitude dans les années à venir, quel que soit le scénario d'émissions de gaz à effet de serre retenu.
Les villes y sont particulièrement vulnérables du fait de l'existence d'îlots de chaleur urbains, micro-climat locaux qui y rendent la température plus élevée que dans les campagnes environnantes.

L'un des exemples historiques de canicule le plus récent en France est la canicule de 2003, qui a provoqué une surmortalité observée de 14 800 personnes dans le pays entre le 1er et le 20 août, principalement des personnes âgées (au total, 82 % des décès attribuables à la vague de chaleur ont touché des personnes âgées de 75 ans et plus).

Si cette canicule n'est pas en soi un événement météorologique attribuable au changement climatique, celui-ci l'a rendue plus probable et aura tendance à la rendre plus probable encore à l'avenir, jusqu'à devenir un événement récurrent, correspondant aux étés moyens de la fin du siècle d'après certains scénarios climatiques en l'absence de politique mondiale de réduction des émissions.

Quelle vulnérabilité en France ?

La vulnérabilité aux canicules dépend d'un certain nombre de facteurs, au premier rang desquels les infrastructures en place, l'urbanisme, le type d'habitat et les modes de vie. Ainsi, les températures et humidités à Paris pendant la canicule de 2003 étaient très proches de celles observées à Séville lors d'un été moyen, où ces conditions climatiques n'ont pas de conséquences sanitaires aussi graves. Ceci est notamment dû à un cadre bâti plus adapté aux fortes températures à Séville, et aux habitudes de la population (volets pour ne pas laisser rentrer la chaleur en pleine journée, inactivité aux heures de plus haute température, habitude des personnes vulnérables de s'hydrater correctement et d'éviter les activités à risque, etc.).

Il existe donc un certain nombre de leviers sur lesquels agir pour réduire la vulnérabilité de villes françaises comme Paris à ces événements, mais un grand nombre de questions se posent quant à la mise en place en pratique de stratégies d'adaptation.

Etude des mesures d'adaptation possibles

Beaucoup de mesures de nature très différentes existent pour faire face au risque de canicule, allant de la mise en place de plans d'alerte et de prévention à l'adaptation des constructions et des quartiers nouveaux, et – éventuellement – des bâtiments existants.

Adapter l'habitat et l'urbanisme signifie d'une part, favoriser un meilleur confort thermique dans les bâtiments et les rues (meilleure protection face à la pénétration de la chaleur) et d'autre part, lutter contre la présence d'un îlot de chaleur urbain (mise en place de revêtements des rues et de toits réfléchissant le rayonnement solaire, végétalisation de la ville etc.).

On peut classer les mesures d'adaptation suivant l'échelle spatiale à laquelle elles s'appliquent :

– à l'échelle du bâtiment : ventilation optimisée, type et position des surfaces vitrées, isolation des parois, etc. ;
– à l'échelle du quartier : augmentation de l'albédo des revêtements des murs et des chaussées, vélums tendus dans les rues, mais aussi choix d'urbanisme tels que l'augmentation de la surface des parcs et jardins ;
– voire de l'agglomération entière : largeur et orientation des rues pour favoriser une bonne circulation de l'air, implantation des grands parcs urbains, etc.

Ces différentes mesures présentent des coûts, efficacités et effets secondaires très différents, ainsi que des durées de mise en place très variables. Ainsi, s'il est relativement rapide de mettre en place des plans d'alerte ou d'installer des vélums dans les rues, il est beaucoup plus long de modifier de manière significative le type d'urbanisme et l'isolation des bâtiments existants.

Dans le monde académique, les questions liées au choix de la meilleure manière de s'adapter au stress thermique sont actuellement un sujet de recherche très actif. Il est à l'heure actuelle encore difficile d'avoir une vision claire de comment mettre en place une stratégie d'adaptation efficace, mais la recherche avance à grands pas.

I. Méthodologie du projet VURCA

Colette Marchadier — 2013-07-04T13:10:05Z

Contexte et objectifs

Le projet VURCA, projet de recherche de 3 ans financé par l'Agence Nationale de la Recherche, fait partie d'un groupe de projets de recherche français achevés (EPICEA et VURCA) ou sont en cours de finalisation (MUSCADE et ACCLIMAT) qui visent à répondre à une partie de ces questions, et abordent les interactions entre climat urbain et changement climatique global. Chacun d'eux traite une facette différente du problème et analyse les effets d'un certain nombre de mesures d'adaptation.

Grâce à une équipe interdisciplinaire comprenant des physiciens de l'atmosphère, des climatologues, des économistes et des spécialistes de la construction, le projet VURCA a ainsi développé un cadre de prospective permettant d'analyser les effets de différentes politiques de réduction des impacts liés aux canicules, en prenant l'agglomération parisienne comme cas d'étude.

Méthodologie

La méthodologie du projet est illustrée dans la Figure ci-dessous. En se basant sur un scénario démographique et un scénario d'évolution du prix des transports simples, un modèle de simulation d'expansion urbaine NEDUM-2D, développé au CIRED, a été utilisé pour établir des scénarios de prospective sur l'évolution de la surface urbanisée, de la répartition de la population, et du niveau moyen des loyers dans l'agglomération parisienne.

Schéma de la méthodologie choisie pour le projet VURCA

Calcul des impacts énergie, climat et confort

Conjointement avec des scénarios d'évolution du bâti (en particulier, d'amélioration des normes d'isolation) et d'usage de la climatisation, ces scénarios ont été utilisés par le modèle de climat urbain TEB-SURFEX, développé au CNRM-GAME de Météo France, pour simuler :

l'îlot de chaleur urbain,
la consommation d'énergie liée à l'usage de la climatisation,
les températures ressenties à l'intérieur et à l'extérieur des bâtiments (cf. Figure ci-dessous), et cela pour différentes canicules représentatives des évènements futurs, à l'horizon 2100.

Exemple de simulation faite lors du projet VURCA : carte des températures dans les rues, en 2100, à 5h du matin, pour une canicule similaire à la canicule de 2003, dans un scénario d'expansion au "fil de l'eau" de l'agglomération parisienne

L'échelle de l'agglomération

Ainsi, tandis que le projet EPICEA (cf. Salagnac et Tromeur, « Effets des canicules et ilots de chaleur ».) se concentrait sur le centre de l'agglomération parisienne, et sur l'analyse de politiques à l'échelle du quartier (arrosage des rues, végétalisation basse de toute surface non occupée et verdissement partiel des chaussées les plus larges, et augmentation de l'albédo des rues et toitures), le projet VURCA s'est attaché à la prise en compte des effets des politiques à l'échelle de l'agglomération (influence de l'étalement urbain et du type d'urbanisme sur l'effet d'îlot de chaleur urbain), de la création de parcs, et des impacts de l'usage de la climatisation.

Les résultats attendus

Un certain nombre de résultats issus de ce travail permettent de répondre à trois questions principales :

Dans quelle mesure l'agglomération parisienne sera-t-elle vulnérable aux canicules à la fin du siècle ?
Quel serait l'effet d'un développement massif de la climatisation ?
Des mesures d'adaptation alternatives peuvent-elles réduire cette consommation massive de climatisation ?

II. L'agglomération parisienne vulnérable aux canicules à la fin du siècle ?

Colette Marchadier — 2013-07-04T09:35:11Z

Les recherches menées pour le projet VURCA ont montré qu'à la fin du siècle, il faut s'attendre à passer tous les ans près de 11 jours en moyenne en situation de canicule à Paris (par définition, une canicule est un épisode météorologique pendant lequel la température maximale journalière en région parisienne excède 34°C pendant au moins une journée, sans descendre durablement en dessous de 32°C sur l'ensemble de l'épisode) - Voir figure ci-dessous.

Projections sur le nombre et la durée des canicules futures à Paris dans le scénario d'émission A1B

L'agglomération parisienne risque d'être sévèrement affectée par ce risque. Pour un scénario d'étalement de l'agglomération parisienne au fil de l'eau, suivant les tendances actuelles, et en l'absence de climatisation, nous avons ainsi simulé qu'à la fin du siècle, les habitants pourraient passer en moyenne :

Près de 7h30 par jour en condition de « fort stress thermique » dans les logements, c'est-à-dire avec une température ressentie (UTCI) supérieure à 32°C en cas de canicule
Presque 15h par jour en condition de « fort stress thermique » dans la rue, même à l'ombre

Cela pourrait entraîner d'importantes conséquences sanitaires.

Changer de scénario d'étalement change la vulnérabilité : dans un scénario de forte densification de l'agglomération, pour des canicules identiques à celles étudiées dans les simulations précédentes, 20 minutes de plus de « fort stress thermique » dans la rue sont à ajouter chaque jour.

Cette variation s'explique par les impacts de ces choix d'urbanisme sur l'effet d'îlot de chaleur urbain.

III. Les stratégies d'adaptation

Colette Marchadier — 2013-07-04T09:29:11Z

Quel serait l'effet d'un développement massif de la climatisation ?

En cas de développement massif de la climatisation, ce sont environ 1,1 TWh de consommation électrique finale qui devraient être attendus, si une température de consigne de 23°C devait être maintenue dans tous les bâtiments résidentiels et de bureau.

La chaleur rejetée par les climatiseurs aurait en outre un impact non-négligeable sur la température dans les rues, et y augmenterait la durée passée en situation de « fort stress thermique » d'environ 20 minutes par jour.

Ces résultats ont été calculés en supposant que les parcs parisiens actuels sont arrosés durant les canicules, refroidissant ainsi légèrement l'atmosphère de la ville.

En cas d'impossibilité de cet arrosage, les espaces verts s'assècheraient rapidement sous l'effet de la canicule et ne joueraient plus leur rôle de régulateur thermique (se comportant comme des surfaces artificialisées) ;

la consommation d'énergie serait alors accrue d'environ 8%,
et près d'une heure de fort stress thermique dans les rues ajoutée aux chiffres précédents.

Les espaces verts existants, s'ils sont arrosés, semblent donc jouer un rôle de régulateur thermique non négligeable et contribuer à réduire notre vulnérabilité aux canicules de manière importante.

Des mesures d'adaptation alternatives peuvent-elles réduire cette consommation massive de climatisation ?

Un certain nombre de mesures d'adaptation peuvent être mises en place pour réduire cette consommation d'énergie. Nous avons ici analysé le potentiel de 3 mesures :

une importante création d'espaces verts dans l'agglomération : 10 % de la surface totale de l'agglomération, répartis de manière homogène à travers celle-ci, sont dévolus à de nouveaux parcs ;
des réglementations strictes d'isolation des bâtiments et la mise en oeuvre de matériaux réfléchissants sur les murs et les toits ;
des recommandations ou règles strictes conduisant à utiliser la climatisation avec des températures de consigne de 28°C dans les logements et 26°C dans les bureaux, au lieu de 23°C.

D'après les simulations, la combinaison de des 3 mesures pourrait permettre de réduire la consommation d'énergie de 0,7 TWh, la faisant chuter de plus de moitié. Cela permettrait aussi de réduire d'une heure la durée quotidienne passée en conditions de fort stress thermique dans les rues.

Carte de l'impact sur les températures de la mise en place conjointe des trois politiques

Note : Cette carte donne la différence entre les température dans les rues, en 2100, à 5h du matin, pour une canicule similaire à la canicule de 2003, dans une simulation où les trois politiques ont été mises en place, et dans une simulation dans lesquelles elles ne le sont pas (mais identique pour tous les autres aspects).

Ces mesures ne pourraient toutefois a priori pas se substituer totalement à la climatisation, un peu plus de 6h par jour devant toujours être passées en situation de fort stress thermique dans les logements pour un scénario sans climatisation.

Influences relatives des 3 politiques

Les trois politiques que nous avons simulées ne présentent pas du tout les mêmes caractéristiques, ni la même efficacité.

La création de nouveaux espaces verts, tout d'abord, semble n'avoir que peu d'influence sur la vulnérabilité de l'agglomération, bien que nous ayons simulé une politique extrême. Cette faible influence n'est, de plus, valable que si leur est fourni une quantité importante d'eau. En cas d'impossibilité de fournir de l'eau et d'arroser les plantes, cette politique ne semble plus avoir qu'un effet presque nul sur la température de la ville.
Ainsi, tandis que les espaces verts déjà existants jouent un rôle positif, l'ajout de nouveaux parcs ne semble pas jouer un rôle majeur : tout se passe comme si une saturation de l'effet de la végétation avait déjà été atteinte, sans doute dû à l'existence de nombreux espaces verts dans l'agglomération parisienne à l'heure actuelle.

La mise œuvre de mesures sur le bâti (matériaux réfléchissants et meilleure isolation des bâtiments) a un impact en moyenne bien supérieur à celui du développement de nouveaux espaces verts.
L'efficacité de cette politique d'adaptation face à un épisode caniculaire dépend cependant beaucoup des caractéristiques de la canicule, notamment de sa durée. En effet, les températures à l'intérieur des bâtiments augmentent progressivement au cours d'une canicule jusqu'à atteindre une valeur maximale d'équilibre proche de la température extérieure, voire supérieure la nuit (cette durée semble être de l'ordre de 5 jours dans l'agglomération parisienne). L'isolation des bâtiments permet d'augmenter cette durée, préservant ainsi le confort intérieur et limitant la vulnérabilité aux canicules les plus courtes et les plus fréquentes. En revanche, l'isolation des bâtiments perd en efficacité lorsque les canicules s'allongent.

Parmi les trois politiques que nous avons examinées, la mesure consistant à modifier les habitudes d'usage de la climatisation en faisant en sorte qu'elle soit réglée sur une température de consigne plus haute est celle qui, individuellement, a le plus d'effets. Elle ne présente, de plus, aucun des effets secondaires et coûts des deux autres politiques. En revanche, la question de la mise en pratique de cette politique reste entière.

La Figure ci-dessous compare ainsi l'influence de chaque politique sur les conséquences des canicules :

comparaison de l'efficacité des 3 politiques d'adaptation testées

CONCLUSIONS

Colette Marchadier — 2013-07-04T09:11:22Z

En conclusion, l'agglomération parisienne risque d'être sévèrement affectée par les canicules futures, qui pourraient entraîner d'importantes conséquences sanitaires.

L'impact sur la santé dépendra cependant fortement des infrastructures en place, de l'urbanisme, du type d'habitat et des modes de vie.

Un certain nombre d'actions peut permettre d'atténuer ces impacts : la plus évidente est le développement de la climatisation, mais elle entraîne une forte consommation d'énergie, en conflit avec les efforts de réduction des émissions de gaz à effet de serre, et génère des rejets de chaleur dans la rue, augmentant de manière conséquente l'intensité de la canicule à l'extérieur des bâtiments.

D'autres actions, comme une adaptation du bâti extérieur, une meilleure isolation des bâtiments ou le développement d'espaces verts, sont également possibles. Mais au vu des résultats des simulations, il parait difficile d'imaginer une adaptation suffisamment efficace pour ne pas nécessiter le développement de la climatisation. En revanche, ces mesures complémentaires peuvent permettre de limiter l'usage de cette climatisation et réduire la consommation d'énergie associée.

Parmi ces actions, la simple augmentation de la température de consigne des climatiseurs (pour passer de 28°C à 23°C, dans nos simulations) a une très grande efficacité, bien supérieure au développement de nouveaux parcs ou à l'amélioration de l'isolation des bâtiments, du moins dans les limites de ce que nous avons pu tester, et sur l'agglomération parisienne. La question de la mise en œuvre de ce type d'action reste cependant ouverte.

Rapport scientifique du projet VURCA

Colette Marchadier — 2013-07-03T09:41:52Z

- Communications sur le projet VURCA

EPICEA

Colette Marchadier — 2011-10-19T12:42:43Z

L'objectif central du projet EPICEA est de quantifier l'impact du changement climatique à l'échelle de la ville et l'influence du bâti sur le climat urbain, en étudiant un épisode climatique extrême - la canicule 2003 - afin de proposer des stratégies d'adaptation.

Voir le projet EPICEA sur le site du CNRM

Poster ACCLIMAT pour le Fall Meeting du RTRA - 18 octobre 2011

Colette Marchadier — 2011-09-26T15:33:33Z

- Communications