AAU-CRENAU propose un stage de 6 mois dans le contexte du projet ADEME DésiVille intitulé :

« Confort thermique d’un piéton en espace urbain extérieur : vers un modèle simplifié dans le contexte d’un SIG »

Le projet DésiVille

DésiVille est un projet lauréat de la 4e édition de l’Appel à Projets de Recherche MODEVAL-URBA lancé par le Service Organisations Urbaines de l’ADEME. Ce projet associe plusieurs partenaires attachés à l’Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville (BRGM, CEREMA, AAUCRENAU et Université G. Eiffel) ainsi que des partenaires opérationnels (OTEIS et Nantes Métropole Aménagement). Il vise à produire des « Outils d’aide à la désimperméabilisation des sols artificialisés : développements méthodologiques pour l’évaluation du potentiel de désimperméabilisation et catalogue de solutions applicables en Ville ».

En effet, le Zéro Artificialisation Nette (ZAN) à l’horizon 2050 est un objectif fixé par la loi Climat et Résilience de 2021. Les territoires doivent dans un premier temps baisser de 50%, d’ici à la fin de la décennie, le rythme d’artificialisation et de consommation des espaces naturels, agricoles et forestiers. Des dispositifs de compensation sont nécessaires pour atteindre ces objectifs. Dans ce cadre, la désimperméabilisation apparaît comme une option pour réduire la part de sols artificialisés. En pratique, des opérations de désimperméabilisation sont déjà conduites à l’échelle nationale, mais il manque un cadre méthodologique en vue d’élaborer des stratégies de désimperméabilisation intégrant l’ensemble des enjeux, y compris environnementaux.

Le projet DésiVille vise à apporter ce cadre méthodologique sous forme d’un guide. Il propose ainsi des développements méthodologiques pour cartographier le potentiel de désimperméabilisation en prenant en compte différents critères dont les surfaces imperméabilisées, les îlots de chaleur urbains, la pollution des sols, les inondations par remontée de nappe, les aménités et la multifonctionnalité des sols.

Le stage qui suit sera réalisé dans le cadre du projet DésiVille en lien avec 2 autres stages pilotés par le BRGM. L’un sur la cartographie de l’aléa pollution des sols et l’autre, en cartographie et géosciences urbaines, sur une « Contribution au développement d’une méthodologie de cartographie multicritère du potentiel de désimperméabilisation des sols urbains ».

Contexte

Le développement des villes s’accompagne généralement d’une minéralisation et d’une densification accrue des surfaces construites et d’un dégagement croissant de chaleur anthropique lié à la concentration des activités. Cette urbanisation qui influe mécaniquement sur le microclimat urbain est un phénomène connu depuis plusieurs décennies et décrit sous le nom d’îlot de chaleur urbain (ICU).
Le changement climatique et l’intensification des épisodes de chaleurs extrêmes qui l’accompagne en estivale, amplifient les effets de cet ICU en exposant notamment les populations à des situations de stress thermique préjudiciables.

Le confort thermique du piéton en espace extérieur est fonction notamment de la température d’air, de l’humidité relative, des vitesse et direction du vent et de la température moyenne radiante. Mesurer ou simuler ces divers paramètres à tout moment et en tout point de l’espace ouvert urbain permettrait de dresser des cartes de potentiels confort ou inconfort thermique susceptibles d’informer utilement les décideurs, comme les aménageurs ou les citoyens.

Objectif

La température moyenne radiante est une composante prépondérante du confort thermique du piéton en espace extérieur, qui traduit l’influence de l’ensemble du rayonnement de courtes et grandes longueurs d’onde provenant de l’environnement sur le corps humain du piéton immergé. En ville, du fait de la complexité des formes environnantes et de la variété des matériaux et revêtements de surface, l’établissement de ce bilan radiatif reste un enjeu puisque « aucun consensus scientifique n’existe sur le choix de la méthode à adopter et sur leur précision réelle » (Grosdemouge, 2020). Pour autant, il est bien établi que ce bilan est la somme :

  • Pour le rayonnement de courtes longueurs d’ondes, d’une composante solaire directe, d’une composante solaire diffuse (les apports de la voûte de ciel sont fonction de la nébulosité) et d’un ensemble d’inter-réflexions (intégration des apports des surfaces en regard dans la scène urbaine),
  • Et, pour le rayonnement de grandes longueurs d’onde, d’un bilan des flux reçus par le sujet, provenant des autres surfaces (qui émettent en fonction de leur température et émissivité), du flux émis par le sujet et aussi des inter-réflexions.

L’objectif de ce stage est de s’attacher au bilan de grandes longueurs d’ondes en distinguant plusieurs contributions :

  • La contribution de la voute céleste, fonction du ratio de ciel vu (SVF) au point d’observation et de la nébulosité ambiante. Nous forfaitiserons l’apport énergétique correspondant en fonction du SVF ;
  • L’apport des diverses surfaces vues par le piéton. Il faut alors distinguer et quantifier la part de végétal de la part de différents types de surfaces construites (sols et murs) de l’environnement immédiat.

Il faudra ensuite estimer la variation temporelle de la température de chacune de ces surfaces en fonction de son matériau et de sa durée d’exposition à l’éclairement solaire direct ou diffus depuis le lever du jour. Il faudra enfin intégrer l’ensemble de ces composantes en les pondérant par la superficie de surface en regard.

Missions

Divers travaux de recherche ont conduit au développement, au sein de AAU-CRENAU, d’un plugin Python 3 d’analyse des formes (notamment bioclimatiques et paysagères). Ce plugin de nom t4gpd repose sur un ensemble d’outils d’étude des visibilités et permet entre-autre d’établir des cartes et ratio de vues du ciel (SVF) ou des représentations du déroulé de façades (isovist) vues depuis une position donnée. Il est partiellement documenté, en ligne, à l’adresse https://t4gpd-docs.readthedocs.io/.

Les missions à réaliser dans le cadre de ce stage sont triples :

  • Actualisation de l’état de l’art du domaine,
  • A l’aide des outils développés dans le contexte de t4gpd, modélisation du bilan radiatif simplifié de grandes longueurs d’ondes en précisant les paramètres en entrée et les formules utilisées pour forfaitiser chaque apport,
  • Comparaison des résultats de simulations aux mesures obtenues dans le cadre de campagnes
    expérimentales préexistantes.

Encadrement

  • Thomas Leduc (AAU-CRENAU) – thomas.leduc@crenau.archi.fr
  • Marjorie Musy (CEREMA) – marjorie.musy@cerema.fr
  • Auline Rodler (CEREMA) – auline.rodler@cerema.fr

Profil recherché

Étudiant(e) d’un niveau bac +5 formé à l’énergétique et aux mesures physiques. Une compétence en programmation est requise (ou, à défaut, une compétence en scripting python).

Candidature

Vos CV et lettre de motivation (rédigés en français ou, à défaut, en anglais) sont à adresser, au format pdf, aux trois encadrants ci-dessus.