Optimiser l’évapotranspiration de la végétation sur le futur village des athlètes Paris 2024 et son impact sur le microclimat

Actualité de l'Equipe projet de recherche TEAM : Transferts et interactions liés à l'eau en milieu construit
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La Société de livraison des ouvrages olympiques (SOLIDEO) a pour mission de construire le village olympique et paralympique au Nord de Paris. Dans le cadre de sa stratégie environnementale, la SOLIDEO cherche à optimiser le confort des espaces extérieurs durant les périodes chaudes, en particulier via la bioclimatisation et l’évapotranspiration issue des espaces végétalisés. L’évapotranspiration doit aussi permettre de réduire le ruissellement des eaux pluviales, et donc les rejets dans la Seine voisine.

Contexte :

A ce jour, les méthodes et outils d’ingénierie ne sont pas adaptés pour concevoir et dimensionner des espaces végétalisés optimums pour l’évapotranspiration. Pour un espace donné, les outils permettant de bien estimer l’évapotranspiration ne sont même pas disponibles, ou avec des fiabilités très faibles.

L’évapotranspiration est un flux d’interface qui intervient dans les bilans hydrique et énergétique. Sa modélisation correcte à l’échelle d’un projet d’aménagement nécessite de prendre en compte les compartiments atmosphère, surface, végétation, et sol, ainsi que de simuler explicitement les transferts hydriques et énergétiques dans et entre ces compartiments. Un tel modèle intégré, basé sur une représentation détaillée de la canopée urbaine en 3D, n’existe pas à notre connaissance même dans le milieu scientifique.

La SOLIDEO a sollicité les équipes de recherche TEAM (Transferts et interactions liés à l’EAu en Milieu construit) et BPE (Bâtiments Performants dans leur Environnement) du Cerema ainsi que la start-up SOLENEOS pour évaluer l’évapotranspiration de façon distribuée dans le village et à différentes échelles temporelles (annuelle, saisonnière, hebdomadaire ; avec une attention particulière lors des périodes chaudes d’été).

L’impact positif de cette évapotranspiration sur le microclimat du village doit aussi être étudié, et des recommandations pour favoriser cet impact sont attendues.

Programme de travail :

Le Cerema et SOLENEOS ont proposé une méthodologie couplant deux approches de modélisation :

• La première pour représenter les transferts hydriques et le flux d’évapotranspiration à l’échelle de la surface végétalisée homogène  (modélisation hydrologique) ;
• La seconde pour la simulation des transferts thermo-radiatifs entre les aménagements urbains et l’atmosphère à l’échelle du quartier (modélisation microclimatique).

Cette approche permettra d’étudier des scénarios locaux de végétalisation et/ou de gestion des eaux et leur impact sur le microclimat du village olympique.

Les modélisations microclimatiques seront réalisées avec le modèle SOLENE-microclimat qui est basé sur une représentation explicite du quartier et simule les échanges thermo-radiatifs couplés si besoin avec les écoulements atmosphériques (modélisation aéraulique). SOLENE-microclimat s’appuiera donc sur un maillage fin des espaces extérieurs du village en 3D et permettra de reproduire les champs de rayonnement et de température de surface, et d’en déduire des températures ambiantes et des indices de confort par îlot ou espace.

SOLENE-microclimat représente les flux hydriques dans l’air et une valeur d’évapotranspiration est calculée sur chaque surface végétalisée en supposant la végétation alimentée en eau de façon optimale, ce qui représente une hypothèse forte en période de canicule. Un travail complémentaire va donc consister à développer des modèles d’évapotranspiration adaptés à chaque surface végétalisée du village et tenant compte du stress hydrique.

Des modèles hydrologiques conceptuels seront développés, basés sur le concept d’évapotranspirations potentielles et pondérées par la disponibilité en eau à la surface et dans le sous-sol. Les modèles prendront en compte la nature du sol, le type de végétation, les conditions météorologiques locales (pluie, ombrage, T°, humidité), et les éventuelles alimentations en eau supplémentaires (arrosage, eaux pluviales, ...). Les calculs seront effectués en continu sur de longues périodes (typiquement une décennie) à des pas de temps fins (typiquement horaire).

En intégrant ces flux d’évapotranspiration réalistes, des simulations avec SOLENE-microclimat seront effectuées, sur la globalité du village (30ha) et aussi en zoomant  sur quelques îlots et espaces publics à enjeux.

Les simulations, de durées de une à deux semaines, porteront sur des périodes de canicule. Les températures de surface et de bâtis seront calculées, des températures ambiantes et des indices de confort en seront déduits (une valeur moyenne sur chacun des îlots ou espaces du projet).

Des scénarios d’aménagement et de gestion des eaux, précisés avec la SOLIDEO, seront ainsi étudiés et les résultats permettront de donner des recommandations sur l’optimisation de la bioclimatisation à l’intérieur du village olympique. Ces recommandations pourront être intégrées dans la phase projet des espaces publics du village et dans les futurs permis de construire.

Les rendus de l’étude seront donc de deux grandes natures :

• des données simulées au sein du village olympique, à différentes échelles spatiales : des chroniques pluriannuelles d’évapotranspiration sur les surfaces végétalisées  ; des températures de surface et ambiantes avec indices de confort en période de canicule ;

• des écrits décrivant les conditions de simulation et leurs résultats, et des recommandations sur comment favoriser la bioclimatisation, à l’échelle du village et/ou à l’échelle plus locale.

L’étude est prévue sur une année à partir de septembre 2019.