Projet MUSCADE, Modélisation Urbaine et Stratégies d’adaptation au Changement Climatique pour Anticiper la Demande et la production Énergétique
Résumé
La ville est un système complexe particulièrement concerné par le changement climatique: ses bâtiments consomment de l’énergie et rejettent des gaz à effet de serre ; son climat local est accentué par la formation d’îlots de chaleur urbains ; les usages de climatisation ou chauffage de ses habitants sont variés ; ses modifications structurelles sont soumises à une forte inertie qui obligent à raisonner, tout comme pour le changement climatique, à l'échelle du siècle.
Dans ce contexte, quelles mesures auront un effet significatif sur le climat urbain et la consommation d’énergie des bâtiments d’une ville : L’application du Grenelle de l’environnement concernant les bâtiments et l’énergie ? La production d’énergie locale ? Les usages énergétiques des bâtiments ? La végétalisation des toits ? La forme urbaine ? Le verdissement de la ville ? Les avancées technologiques ?
Le projet MUSCADE étudie les interactions entre ces différents processus et propose des stratégies d’adaptation qui mettent en perspective la consommation énergétique de la ville et ses capacités de production d’énergie. En se plaçant à l’échelle du siècle, le projet MUSCADE vise ainsi à apporter des éléments d’évaluation aux décideurs urbains qui doivent bâtir la ville durable de demain.
UN MODELE NUMERIQUE POUR EVALUER DES STRATEGIES D’ADAPTATION DE L’AGGLOMERATION PARISIENNE AU CHANGEMENT CLIMATIQUE.
Pour représenter le système ville, son évolution et les processus liés à l’énergie, un modèle numérique a été développé à partir de plusieurs modèles :
Le modèle NEDUM d’expansion urbaine du CIRED (Viguié 2012, Viguié, Hallegatte 2012) reproduit les mécanismes socio-économiques sous-jacents à la dynamique du système urbain et permet de représenter son évolution des années 1900 jusqu’à la fin du XXIème siècle. La morphologie à l’échelle du quartier est obtenue grâce au modèle GENIUS développé par le LRA et le GAME, qui permet de générer des cartes archétypales et de simuler l’évolution îlots.
Le modèle Town Energy Balance du CNRM-GAME (TEB, Masson 2000) simule le microclimat urbain à partir des processus physiques liés à la géométrie urbaine, et le calcul du bilan interne du bâti (Bueno et al, 2012) permet de représenter la consommation énergétique de la ville.
Une analyse par le LIENS de l’expansion passée de l’agglomération parisienne et une étude paramétrique de l’énergétique du bâtiment par le CSTB ont permis de valider les modèles jusqu’au périodes contemporaines.
Enfin, pour représenter la ville future, des projections ont été construites en combinant des hypothèses climatiques, macroéconomiques (prix de l'énergie, croissance, démographie), évolutions du domaine urbain (ville étendue, compacte), techniques de bâti (matériaux, réglementations) et production d'énergie décentralisée (technologies, choix d’implantation).
PRODUCTION SCIENTIFIQUE
La production scientifique disciplinaire du projet représente au total 18 conférences internationales et 11 articles en anglais de rang A, et porte principalement sur l’énergétique du bâtiment dans le modèle de climat urbain, les différents types d’expansion urbaine (NEDUM), l’analyse des formes urbaines, le rôle de la morphologie de l’îlot dans la production d’énergie et les forçages climatiques.
La simulation intégrée « ville–énergie-climat » a déjà fait l’objet de 4 conférences scientifiques ou de vulgarisation, et une production interdisciplinaire est attendue sur l’évaluation des stratégies d’adaptation de la ville au changement climatique.
ILLUSTRATION
RESULTATS MAJEURS DU PROJET
Le modèle développé permet d’évaluer le climat urbain et l’efficacité énergétique pour répondre de façon transversale aux questionnements d’architectes (quel type de bâti est le mieux adapté au climat futur ? ) d’urbanistes (quelle morphologie de quartier permet la meilleure performance énergétique ?) et de collectivités (quel est l’impact de la forme urbaine sur le climat des villes ? sur les loyers ?). Il est ainsi possible de comparer différentes stratégies d’adaptation de l’agglomération parisienne au changement climatique.
Ainsi, les résultats majeurs concernent :
- les comportements des habitants et usagers apparaissent comme un gisement potentiel important de diminution des consommations d'énergie
- la végétation, qui si elle est arrosée, peut sensiblement améliorer le confort extérieur en été. Les toits végétalisés ont une influence limitée sur le confort extérieur mais peuvent améliorer l'isolation du bâti.
- Les panneaux solaires, outre leur propriété intrinsèque de production d'énergie, permettent d'atténuer l'îlot de chaleur urbain.
- Une ville étalée ne consomme pas plus d'énergie pour le chauffage et la climatisation qu'une ville dense, mais elle produira plus d'énergie solaire. Toutes choses égales par ailleurs, les deux types de villes présentent des bilans énergétiques comparables Ainsi, au final, les deux villes sont aussi efficaces en termes d'énergétique du bâti. En climat futur, du fait de la baisse de consommation d'énergie liée au chauffage, la ville pourrait produire plus d'énergie qu'elle en consomme pour le bâti.