Simuler le confort thermique en ville

Simulation à l’échelle fine

Îlot de chaleur urbain

Confort thermique

Espace public

Objectifs :
  • Analyser le confort thermique d’un quartier, îlot ou espace public à une échelle fine (1 mètre) pour évaluer l’impact des aménagements urbains.
  • Comparer des scénarios d’aménagement afin d’évaluer leur influence sur l’effet d'îlot de chaleur urbain et le confort thermique des habitants.
  • Visualiser les phénomènes microclimatiques à travers des cartographies et des indicateurs de confort, pour optimiser les projets d’aménagement et tenir compte des paramètres climatiques.
Temporalité
2 à 6 mois
Coût
de 1 000 à 50 000 euros HT
Compter 1 000 à 5 000 € pour une approche simplifiée ensoleillement et de 40 000 à 50 000 € pour une simulation microclimatique qui prend en compte l'ensemble de paramètres du confort thermique.
Type de livrables
Cartographies et vues 3D des phénomènes climatiques à maille fine, Graphiques d’évolution temporelle, Scénarios d’aménagement, Indicateurs de confort thermique, Modèles et outils de simulation
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La méthode

La simulation microclimatique à l’échelle urbaine permet d’analyser le confort thermique d’un quartier, d’un îlot ou d’un espace public à une maille fine (plus ou moins 1 mètre) et de comparer des scénarios d’aménagement. Elle repose notamment sur un bilan énergétique des volumes urbains (sols, bâtiments, végétation, etc.) et le climat (vents, température, hygrométrie). La simulation d’un seul paramètre, tel que l’ensoleillement, est plus simple et plus utilisée en phase opérationnelle. L’accès à l’ombre est en effet un paramètre déterminant du confort thermique en journée.

Le besoin

  • Déterminer où et quand sont les zones d'inconfort thermique au sein d'un espace public ou d'un bâtiment. 
  • Évaluer le choix des formes urbaines de manière à optimiser les apports solaires dans les bâtiments en période de chauffage et à limiter la surchauffe l'été. 
  • Émettre des préconisations sur les choix de matériaux pour les aménagements ou les bâtiments. 

Les indicateurs étudiés

  • Nombre d’heures d’ensoleillement, insolation des surfaces, températures des surfaces, vitesse de vent, etc.
  • Température de l’air et de surface jour/ nuit, hygrométrie, stress thermique, propriétés radiatives des matériaux (espace urbain)
  • Consommations énergétiques du bâti (bâtiment)
  • Indicateurs de confort thermique (espace urbain et bâtiment)

Avantages

  • La résolution des simulation est assez fine (1 mètre) ce qui est adapté aux problématique des projets d’aménagement.
  • Les modèles experts proposent une approche complète des phénomènes microclimatiques qui permet de calculer à la fois la répartition spatiale et la variabilité temporelle.
  • Les simulations d’un seul paramètre (ensoleillement par exemple) ne nécessitent pas d’expertises pointues et sont plus légères et plus aisées à mobiliser dans le cadre de projets d’espaces publics ou de quartiers.
  • L’approche 3D apporte une meilleure visualisation et offre des opportunités de communication efficace de l’analyse.

Points de vigilance

  • Malgré les améliorations progressives des technologies, les modèles microclimatiques sont complexes à saisir, et avec des temps de calculs assez longs ce qui limite le reproductibilité de cette méthode.
  • Les modélisations microclimatiques nécessitent une ingénierie qualifiée pour la réalisation de la modélisation et l’exploitation des résultats, avec un budget à adapter en conséquence.
  • Les modélisations partielles restent simplistes mais facilitent l’optimisation par processus itératif.

Mise en œuvre

  1. Collecte des données et modélisation

    La modélisation nécessite la récupération de données sur l’occupation des sols et la typologies d’activités qui s’y trouvent, la présence de masses végétales et d’eau, la volumétrie des bâtiments.

  2. Simulation

    La simulation apparaît plus ou moins complexe selon les paramètres pris en compte : ensoleillement (tracé des ombres par heures de la journée, nombre d’heures de soleil/ombre), énergie thermique récupérée (bilan radiatif), vent (modèle aéraulique), modèle hydrique (végétation), etc.

  3. Comparaison de scénarios et résultats

    La simulation permet d’évaluer l’impact de scénarios d’aménagement adaptés au processus d’optimisation du projet. Par ailleurs, les sorties peuvent être des vues 3D, des cartographies (variabilité spatiale) et des valeurs de la variabilité temporelle de l’ICU (jour, nuit, saisons) sous forme de graphiques d’évolution des températures ou d’indice de confort type UTCI.

Matériel et données nécessaires

Données de morphologie urbaine et de caractérisation des surfaces sur les trois dimensions
Données climatiques (ensoleillement, rose des vents, évapotranspiration)

Outils de modélisation numériques issus de la recherche : Solène- Microclimat (gratuit en accès libre), EnviBatE (gratuit sur demande), Envi-MET (licence annuelle payante)

Outils opérationnels : ICEtool (Elioth, open-source), Archiwizard (ensoleillement), CitySim (modèle radiatif) - liste non exhaustive

Quelques éléments de différenciation entre les logiciels :

  • Temps de simulation : quelques minutes à quelques heures pour EnviBatE, quelques minutes à quelques jours pour Envi-Met et Solene-Microclimat
  • Échelle de la simulation : quartier (Envi-Met, EnviBatE, Solene-Microclimat) ou ville (Envi-Met)
  • Échelle temporelle : annuelle (EnviBatE) ou journalière (Envi-Met, Solene-Microclimat) 
  • Le couplage aéraulique, radiatif, thermique est réalisé par le couplage d’outils (Solene - microclimat, EnviBatE) ou un développement intégré (Envi-Met).

En savoir plus

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Espace public

de 5 000 à 10 000 €
de 2 à 4 mois

Crédits

TRIBU, Crédit image Soleneos