#12 - Adaptation urbaine au changement climatique : Regard croisé sur les connaissances scientifiques et les pratiques et attentes des praticiens

Rédigé par

Merveil MUANDA LUTETE

Doctorant-Chercheur

8307 Dernière modification le 06/12/2021 - 15:50

villes et territoires bâtiment adaptation résilience Dossier Construction21 Dossier adaptation

#12 - Adaptation urbaine au changement climatique : Regard croisé sur les connaissances scientifiques et les pratiques et attentes des praticiens

La prise de conscience de la nécessité d’adapter les espaces urbains aux évolutions du climat et en particulier aux épisodes caniculaires, incite les acteurs de l’aménagement à se doter de compétences et d’outils nouveaux afin de concevoir des projets qui répondent aux attentes légitimes des usagers, i.e. garantir l’usage pérenne de ces espaces en maintenant un niveau de confort acceptable lors des vagues de chaleur.

Cependant, l’appropriation des savoir-faire nécessaires à cette adaptation n’est pas simple. En effet, elle nécessite la prise en compte de phénomènes physiques complexes qui convoquent plusieurs champs disciplinaires. Les outils d’évaluation disponibles sont, le plus souvent, issus de travaux académiques. Il est ardu pour les opérationnel d’identifier parmi ces outils, ceux qui sont à la fois adaptés à leur pratique et fiables. Pour évaluer la fiabilité, il faut être en mesure d’analyser les approches de modélisation, les hypothèses sous-jacentes aux modèles, les conditions aux limites, et les données d’entrées à fournir.

A l’éclairage d’une revue bibliographique et d’entretiens avec plusieurs acteurs académiques et praticiens, l’objectif de cet article est de rendre compte de cette diversité d’approches et de mettre en lumière les points particuliers de chacun des moyens opérationnels mobilisables pour l’expertise de l’adaptation urbaine. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un travail de thèse débuté en mars 2021, porté par Ingérop en collaboration avec le CSTB, le Cerema et le laboratoire GeM de l’Université de Nantes, intitulé « Evaluation des mesures d’adaptation de l’environnement urbain aux contraintes du réchauffement climatique ».

Diversité des solutions

Ces dernières années, de nombreux travaux ont permis de mettre en évidence des solutions permettant d’adapter le milieu urbain et le rendre plus résilient face aux aléas climatiques. Parmi les contributions les plus récentes, certaines ont permis de recenser et de vulgariser des solutions d’adaptation. C’est notamment le cas du recueil des solutions publié par l’ADEME, de la plateforme Adaptaville qui propose des exemples de projets et des retours d’expériences.

Typologies des solutions d’adaptation urbaine (source : adapté à partir du guide Ademe Rafraîchir les villes, recueil des solutions – crédit image : TRIBU)

A la lecture de ces travaux, il ressort que les solutions préconisées ont des impacts divers, ombrage, rafraichissement, réduction du rayonnement, ... L’évaluation de leurs bénéfices est complexe dans la mesure où elles peuvent répondre à un seul enjeu (exemple, structure d’ombrage) ou avoir des co-bénéfices (exemple, arbres apportant ombrage, rafraichissement par évapotranspiration, biodiversité). Certaines solutions ont des contributions additives (végétalisation et arrosage) alors que d’autres voient leurs effets se soustraire (arbre et revêtement réfléchissant).

En outre, l’efficacité de ces solutions est fortement liée au contexte du projet. Ainsi, au-delà de la tendance actuelle consistant « à mettre du vert partout », la diversité des solutions et l’unicité des projets urbains devraient être au centre de la réflexion avant le choix d’une solution.

Attentes des aménageurs et bureaux d’ingénierie

Les aménageurs et bureaux d’ingénieries s’accordent sur le fait que la question climatique a pris ces dernières années une place de plus en plus importante dans les projets d’aménagement urbain.

Attente des aménageurs

Les aménageurs observent un décalage entre les mesures d’atténuation du changement climatique (efficacité énergétique des bâtiments, conception bas carbone des quartiers, etc.) et les questions d’adaptation aux conséquences du réchauffement climatiques pour lesquelles ils se sentent plus démunis. Un rééquilibrage entre les deux approches est nécessaire et, à terme, l’élaboration des stratégies d’adaptation doit être systématique, le dernier rapport du GIEC de juillet 2021 indiquant que le réchauffement planétaire atteindra 1,5°C, quoi que nous fassions d’ici 2050.

Ainsi, le rafraîchissement urbain est souvent traité par une végétalisation massive, sans prendre en compte la complexité du milieu urbain et de ses usages. Une opération d’adaptation efficace nécessite de bien comprendre les phénomènes physiques à l’origine des inconforts.

Les aménageurs attendent de plus en plus de leur AMO et leur maitre d’œuvre une expertise assez large sur ces sujets. Demain, la connaissance fine des phénomènes en jeu sera requise et le besoin se fait sentir de disposer d’outils permettant rapidement de comparer plusieurs scenarii d’aménagement vis-à-vis de l’adaptation.

Attente des sociétés d’ingénierie et de conseil

Les décisions structurantes des projets d’aménagement sont prises dans les phases amont de conception (plan guide et AVP). Le temps d’étude limité et les informations incomplètes et macro de ces phases sont souvent en contradiction avec le temps et la précision des données d’entrées requis par les modèles de simulation avancés. Le besoin exprimé par les acteurs est de disposer de moyens d’évaluation approchés permettant de répondre rapidement tout en restant rigoureux scientifiquement.

Par ailleurs, l’évaluation ne peut pas être uniquement centrée sur l’efficacité du rafraichissement. L’analyse se doit d’être multicritères pour y intégrer notamment le coût de mise en œuvre des solutions et les contraintes d’exploitation et d’entretien.

Le manque d’outils rapides d’évaluation et la difficulté à intégrer certains résultats de la recherche de façon opérationnelle peut conduire à choisir des solutions éprouvées faute de pouvoir convaincre les maitres d’ouvrages, sans explorer la diversité des solutions disponibles, dont les solutions innovantes. Un important travail d’information de la communauté des aménageurs reste donc à faire afin d’élargir la palette des solutions effectivement exploitées pour l’adaptation des environnements urbains.

Moyens d’évaluation des solutions

Les moyens d’évaluations actuels sont principalement issus de travaux de recherche académiques. Le recueil de méthodes de diagnostic de la surchauffe urbaine publié par l’ADEME présente différents outils et méthodes à l’échelle de la ville et du quartier. Seules les mesures in-situ, les outils de simulation numérique et les modèles approchés pouvant être utilisés à l’échelle du quartier sont abordés dans cet article.

Mesure in situ (ou de terrain)

Les mesures in situ permettent d’évaluer les variables climatiques locales (température, humidité, vitesse de vent, …) afin de servir soit directement d’indicateurs soit de données d’entrée pour calculer des indicateurs composites, comme les indices de confort, afin de faire un diagnostic de l’existant ou une comparaison entre l’avant (l’existant) et l’après-projet.

En revanche, elles ne peuvent pas être recueillies et utilisées en support à la prise de décision (comparaison entre plusieurs solutions) tant que le projet n’est pas effectivement construit. Néanmoins, au-delà du diagnostic, elles peuvent servir de données d’entrée pour les outils de simulation afin d’en améliorer la précision ou d’évaluer une situation existante avant de simuler une évolution en projet.

Enfin, les mesures in situ, sont très utiles pour vérifier la performance effective des aménagements et capitaliser des retours d’expérience.

Outils de simulation

Les outils de simulation numérique peuvent être utilisés pour évaluer ou comparer différents scenarii (différentes solutions). Ils présentent l’avantage d’être flexibles et de pouvoir être utilisés dans différentes phases du projet, moyennant des hypothèses d’autant plus nombreuses que l’on est en phase amont (par exemple, lors de l’élaboration du plan masse, les matériaux ne sont pas connus). Parmi les outils adaptés à l’échelle du quartier on peut citer, ENVI-met, SOLENE-microclimat, Solweig (UMEP), Grasshopper (Ladybug Tools), SpaceMaker, ...

Ces outils permettent, à partir des caractéristique urbaines (géométrie, matériaux, …) et des données météo, de simuler l’évolution temporelle des différentes variables climatiques locales et de calculer des indicateurs comme les indices de confort ou les consommations énergétiques. Ces outils fournissent généralement en sortie, une cartographie des variables calculées, ce qui facilite la communication des résultats (voir image comparaison entre deux scenarios).

Exemple de comparaison entre deux scenarios modélisés avec envi-met pour une journée très chaude d’été en 2050 (source : Ingérop)

En comparant les deux scénarios (végétalisation à gauche et sans végétalisation à droite), on observe une plus grande zone confortable et légèrement tiède (en bleue foncé avec indice PET < 29°C) dans le cas du scénario avec végétalisation

Cependant, les contraintes opérationnelles évoquées précédemment (données et temps contraint, …) limitent l’utilisation de ces outils de simulation. De plus, la complexité du milieu urbain impacte sensiblement la précision des calculs de certaines variables climatiques locales dont l’évaluation résultante est entachée d’une forte incertitude.

* le temps de simulation est à titre indicatif car il peut sensiblement varier en fonction du cas étudié et des performances de l'ordinateur (calculateur). De plus les outils sont très hétérogènes (différents pas de temps, période à simuler, approche de calcul,…).

Inventaire des outils de simulation (utilisable à l’échelle du quartier) (source : nous-même suivant données biblio.)

La plupart de ces outils sont toujours en cours de développement pour améliorer leurs performances en termes de précision de calcul, temps de calcul, interface utilisateur... Par ailleurs, leur validation par confrontation des résultats à des mesures de terrain est soit inexistante soit très partielle. Il n’y a pas, comme pour les outils de simulation thermique dynamique des bâtiments, de procédures de validation qui fasse consensus (BESTEST).

Il est donc recommandé aux utilisateurs de bien appréhender les hypothèses de calculs de ces différents outils afin d’en connaitre les points forts et les points faibles et ainsi de conserver un œil critique sur l’interprétation des résultats.

Approches par indicateurs (empiriques)

Les indicateurs morphoclimatiques sont en général construits à partir de corrélations entre les caractéristiques urbaines (forme urbaine, matériaux, population…) et les caractéristiques climatiques locales. Ces corrélations sont établies à partir de la connaissance mathématique des phénomènes de mesures ou de simulations. Parmi les outils basés sur ces approches on peut citer le score ICU, les LCZ, …

Ils sont aujourd’hui très utilisés par les sociétés d’ingénierie et sont une alternative aux simulations et aux diagnostics à partir de mesures in-situ car ils répondent aux exigences opérationnelles en termes de temps d’étude. Ils permettent de représenter des tendances et de classer des solutions, mais leur usage relève d’une démarche assez approximative car ils ne peuvent pas prendre en compte toute la complexité du milieu urbain. Ainsi, l’interprétation des résultats doit être nuancée.

L’intensification conjointe des politiques incitatives de vulgarisation, de mise en œuvre et d’évaluation des pratiques d’adaptation ainsi que des travaux de la communauté scientifique dans l’investigation des solutions et outils opérationnels est indispensable pour répondre aux attentes des aménageurs et des sociétés d’ingénierie afin de rendre plus résilient le milieu urbain.