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Quatre ans de recherche urbaine 2001-2004. Volume 2

 | 
Émilie Bajolet
, 
Marie-Flore Mattéi
, 
Jean-Marc Rennes

V. Milieux physiques, ambiances urbaines et technologies

SAGACités. Vers un Système d’Aide à la Gestion des Ambiances urbaines

Luc Adolphe

Texte intégral

  • 1 Architecte, docteur-ingénieur, professeur des universités, 24ème section (aménagement et urbanisme (...)

1Note portant sur l’auteur1

OBJECTIF PRINCIPAL

2Notre travail tente de valider un modèle spatial reposant sur un jeu d’indicateurs morphologiques simplifiés caractéristiques de la performance environnementale, par « calage » avec des modélisations détaillées et des mesures et des enquêtes in situ.

3Dans le contexte précédemment décrit, il nous a paru important d’initier un travail de recherche sur l’influence environnementale de la morphologie urbaine. Ce travail participe à la réintroduction sur le long terme de l’efficacité énergétique comme composante explicite de l’aménagement. Le projet baptisé « SAGACités » vise ainsi à l’établissement d’un système d’indicateurs morphologiques de la consommation énergétique urbaine dans trois domaines concomitants : le bâtiment, la végétation et les transports.

4Notre approche vise ainsi à modéliser quantitativement des caractères souvent décrits et explicités par les professionnels de l’aménagement de manière qualitative, dans un système d’indicateurs permettant une mise en œuvre opérationnelle dans un Système d’Information Géographique (SIG).

TÂCHES

5Le projet « SAGACités » a permis de développer un système complet, non redondant et opérationnel d’indicateurs environnementaux de la qualité des ambiances urbaines aux échelles locales de l’espace public et du quartier. Ce système est centré autour de deux thématiques concomitantes : Énergie et Microclimat. Ce système a été mis en œuvre dans un outil d’aide à la décision pour les gestionnaires urbains fondé sur un Système d’Informations Géographiques.

6La méthodologie adoptée repose sur neuf tâches spécifiques qui ont été menées en parallèle :

71. Établissement d’une liste de critères d’évaluation de la qualité environnementale des villes centrés sur les deux domaines retenus (Énergie et Microclimat), et leurs interrelations notamment morphologiques et sociologiques, à partir d’une étude bibliographique critique.

82. Choix de quatre études de cas à Toulouse et à Marseille, à partir d’une grille d’analyse multicritère.

93. Analyse de ces tissus urbains. Cette analyse passe par trois approches :

  • la connaissance des formes urbaines en plan par accès aux données sur le bâti et les réseaux viaires par la BDU,
  • la connaissance morphologique et topographique des formes urbaines qui permet une matérialisation de l’espace dans ses trois dimensions,
  • l’évaluation des usages et des fonctions sociales des sites.

104. Les campagnes de mesures in situ pour les quatre études de cas retenues, pour l’évaluation des paramètres physiques (températures sèche et radiante, vitesse et direction du vent, humidité, éclairement et flux solaires) par métrologie classique et par thermographie infrarouge.

115. Une batterie d’outils de simulations numériques choisis pour leur qualité scientifique reconnue, a été mis en œuvre pour évaluer, de manière détaillée, la performance énergétique et le microclimat pour les deux études de cas et leur environnement proche :

  • l’écoulement de l’air sous l’effet d’un vent synoptique fort et faible, ou d’échauffements locaux, par des techniques CFD (Computational Fluid Dynamics),
  • la modélisation des consommations énergétiques et des émissions de polluants dues au transport routier par des modèles simplifiés récents.
  • l’interprétation numérique de photographies fish-eye,
  • l’interprétation d’images thermographiques.

126. Des enquêtes par entretien semi-directifs auprès d’usagers du quartier (habitat ou lieu de travail), pour relever ou confirmer les caractéristiques subjectives relatives à la perception de ces espaces. Elles ont été effectuées sur deux modes :

  • Deux séries d’entretiens limités à un nombre restreint de personnes s’intéressant notamment à l’identification et la classification des ambiances urbaines typiques.
  • Une enquête appuyée sur un questionnaire distribué dans les zones d’étude, pour appréhender les exigences des usagers en matière de confort urbain tout en dégageant les aspects plus spécifiquement énergétiques et microclimatiques.

137. L’articulation de l’analyse typo-morphologique avec les résultats des enquêtes, les résultats des simulations, et les mesures in situ, dans un système complet, non redondant et opérationnel d’indicateurs morphologiques urbains, réputés les plus pertinents.

148. La mise au point des algorithmes ou de méthodes expertes à base de règles, spécifiques à l’évaluation de chacun des indicateurs, la définition d’un protocole de saisie des indicateurs subjectifs, ainsi que le développement de méthodes d’aide à la décision multicritère adaptées.

159. La mise en œuvre du système d’indicateurs dans une maquette simplifiée développée dans un shell de Système d’Information Géographique (SIG).

MÉTHODOLOGIE

16Notre méthode a été structurée en cinq étapes principales :

  1. La définition des buts principaux pour réaliser l’évaluation environnementale du tissu urbain.
  2. La dérivation à partir de ces buts d’une structure hiérarchique, baptisée graphe problématique, liant une problématique fondamentale à différents indicateurs, par une configuration de six niveaux des paramètres, et permettant la proposition d’un premier ensemble d’indicateurs environnementaux.
  3. La validation orientée par les problématiques de ce premier ensemble d’indicateurs, en employant le graphique problématique, et en impliquant diverses techniques possibles telles que le bilan énergétique du bâtiment ou l’analyse de type CFD.
  4. Une exécution de l’ensemble final d’indicateurs dans un shell de développement de SIG, baptisé Morphologic, en utilisant un modèle conceptuel environnemental du tissu urbain utilisable avec une description minimale de la morphologie urbaine disponible dans une base de données urbaine standard.
  5. Une validation de cet ensemble final d’indicateurs en employant Morphologic, sur diverses études de cas.

STRUCTURATION DES CONNAISSANCES

17Notre travail vise ici au développement de systèmes complets, non redondants et opérationnels d’indicateurs d’impacts environnementaux, établis par le croisement d’approches souvent concomitantes : une approche descendante partant des préoccupations ou des objectifs des décideurs, en s’interrogeant sur les manières d’atteindre ces objectifs (back casting), et une approche montante dont le point de départ sont les contraintes de recueil des données, en élaborant la structure et la sélection d’indicateurs de façon indépendante.

UNE APPROCHE DESCENDANTE HIÉRARCHISÉE : LE GRAPHE PROBLÉMATIQUE…

18Pour que ce système modélise de manière adaptée cette réalité complexe, il faut à la fois penser chaque indicateur comme un paramètre agrégé caractéristique, et penser la place de chaque indicateur dans le système. Pour ce faire, il faut repartir des problématiques fondamentales retenues dans le projet pour « descendre » aux objectifs nécessaires pour les atteindre, puis aux indicateurs liés à ces objectifs. Cette approche est réputée performante dans la modélisation ou la structuration de « mondes » complexes. Elle revêt diverses appellations selon la discipline : approches descendantes, top-down ou backcasting. Nous intéressant à la performance ambiantale (ici, thermique et aéraulique) des tissus urbains, nous avons ainsi retenu quatre problématiques fondamentales, à savoir : la réduction des consommations énergétiques, la réduction des émissions de polluants, la réduction des effets/impacts induits et l’amélioration des conditions de confort. Nous avons dérivé de ces problématiques fondamentales un graphe hiérarchique en arbre à quatre niveaux décomposables, baptisé « graphe problématique » : Problématiques/ Objectifs/Critères/Indicateurs (figure 1 et tableau 1).

…COMBINÉE À UNE APPROCHE MONTANTE

19Il ne faut pas occulter la dimension opératoire de notre travail qui consiste à développer un outil s’adaptant à un contexte décisionnel et à des niveaux de données et de connaissances exploitables dans un projet urbain. C’est pourquoi nous avons mené en parallèle une approche montante (ou bottom-up) qui parte des données disponibles ou accessibles facilement (le facilement variant avec le type de projet) dans une base de données urbaines standard, pour remonter aux problématiques fondamentales.

TEST ET VALIDATION DU SYSTÈME D’INDICATEURS

20Le graphe problématique a aussi permis de préciser quel type de validation était nécessaire pour un indicateur donné, en remontant de celui-ci à la problématique fondamentale concernée (figures 2, 3 et 4).

21Pour valider nos propositions d’indicateurs nous avons eu recours simultanément à différentes techniques reconnues :

  • la mesure climatique par des campagnes de mesures,
  • la modélisation aérodynamique,
  • la modélisation thermique (logiciel ESP),
  • l’analyse de photographies fish-eye,
  • l’analyse d’images thermographiques,
  • des enquêtes auprès des usagers d’espaces publics,
  • le calcul sous le SIG Morphologic.

Fig. 1Le graphe problématique, reliant problématiques fondamentales et indicateur (vue d’ensemble).

Tableau 1 – Partie du graphe problématique correspondant à la réduction des consommations énergétiques.

Fig. 2 – Les différentes techniques de test et de validation des indicateurs environnementaux retenus dans Sagacités.

Fig. 3 – Exemple d’écran Morphologic montrant le bilan énergétique à Toulouse sinuosité dans un quartier (version PC en français).

Fig. 4 – Exemple d’écran Morpholologic montrant le calcul de l’indicateur simplifié d’un quartier de Toulouse (version Mac en français).

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

22Notre travail s’est inscrit dans une stratégie de rapprochement de différentes thématiques (énergie et microclimat), à différentes échelles spatiales entre l’espace public et le quartier, par une approche systémique mettant en perspective les résultats de la modélisation physique des ambiances urbaines et des mesures in situ avec la perception qu’en ont leurs usagers, dans un système d’indicateurs environnementaux. Ce système, mis en œuvre dans un prototype d’outils d’aide à la décision pour les acteurs du projet urbain, autorise le suivi de projets urbains existants (le tableau de bord environnemental), la comparaison entre sites (intra- ou inter-urbaine), et la construction de scénarii de conception d’espaces urbains prenant en compte des enjeux environnementaux. Les centres urbains étant les lieux de concentration des hommes, des services, et des bâtiments, sont les points focaux de l’augmentation de la consommation énergétique, ou de l’émission de polluants. Les problèmes environnementaux comme la pollution atmosphérique, ou l’îlot de chaleur doivent être réduits pour permettre d’améliorer la santé et la qualité de la vie. Les potentialités économiques de stratégies d’économie de ressources ou de réduction des émissions y sont donc les plus significatives.

23Dans cette perspective, les avancées offertes par notre travail doivent permettre d’améliorer le savoir-faire technique des décideurs urbains, en matière de qualité de l’environnement urbain.

VALORISATION

24Adolphe L., (2001), « A simplified model of urban morphology: application to an analysis of the environnemental performance of cities », Environment and Planning B : Planning and Design 2001, vol. 28, pp. 183-200.

25Adolphe L., (2003), « Towards “sustainable” systems of indicators typical of the environmental performance of cities », PLEA 2003, Santiago de Chile, November 2003 (Communication publiée dans des actes).

26Adolphe L., Maïzia M., Izard J.-L., Chatelet A., Boussoualim A., Aît Ameur K., Barlet A., Casal A., Lehtihet K., Marcillat J., (2002), « SAGACités : Towards a management aided system for integrating outdoor climate into the design of urban spaces », PLEA 2002, Toulouse, tome I, pp. 107-112, (communication publiée dans des actes).

27Aît Ameur Karima, (2002), Vers une méthode multicritère de caractérisation du microclimat dans les espaces publics urbains : validation d’un système d’indicateurs morpho-climatiques et d’un indicateur de confort, thèse de doctorat, Université de Nantes.

28Boussoualim Aïcha, (2002), Contribution à la caractérisation de l’impact et de l’incidence du microclimat sur l’usage et les activités en espace public extérieur, thèse de doctorat, Université de Nantes.

29GRECO, (2002), SAGACités, Vers un système d’Aide à la Gestion des Ambiances urbaines, Rapport final MENRT/Direction de la Technologie, 630 p., (disponible en ligne : http://194.199.212.31/​SagaCites/​index.htm).

30Maïzia M., (1998), « Systématisation de la morphologie », Urbanisme, n° 301, pp. 35-40.

Bibliographie

RÉFÉRENCES

Batty M., Longley P., (1994), Fractal cities, a geometry of form and function, London and San Diego Academic press.

Mapbasic 4.0, (1996), Reference and User’s guides, MapInfo Corporation, Troy, New York.

Mapinfo 4.0, (1996), Reference and User’s guides, MapInfo Corporation, Troy, New York.

Mestayer P., Anquetin S., (1994), « Climatology of cities », dans Rys F. S., Gyr A. (Ed.), Diffusion and transport of Pollutants in Atmospheric mesoscale flow fields, Atmospheric Sciences Library, Kluver Academic Publishers.

Oke T., (1990), « Bibliography of Urban Climatology 1981-1988 », WCAP-15, World Meteorogical Organization/T.D., n° 397, Geneva, 62 p.

Notes

1 Architecte, docteur-ingénieur, professeur des universités, 24ème section (aménagement et urbanisme), enseigne à l’Institut Français d’Urbanisme, chercheur au GRECO – École d’Architecture de Toulouse.

Table des illustrations

Légende Fig. 1Le graphe problématique, reliant problématiques fondamentales et indicateur (vue d’ensemble).
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/509/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 849k
Légende Tableau 1 – Partie du graphe problématique correspondant à la réduction des consommations énergétiques.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/509/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 180k
Légende Fig. 2 – Les différentes techniques de test et de validation des indicateurs environnementaux retenus dans Sagacités.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/509/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 491k
Légende Fig. 3 – Exemple d’écran Morphologic montrant le bilan énergétique à Toulouse sinuosité dans un quartier (version PC en français).
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/509/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 268k
Légende Fig. 4 – Exemple d’écran Morpholologic montrant le calcul de l’indicateur simplifié d’un quartier de Toulouse (version Mac en français).
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/509/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 216k

Auteur

Responsable scientifique

Laboratoires et équipes associées à cette recherche : Luc Adolphe, Alain Châtelet, Aïcha Boussoualim, Karima Aït-Ameur, Aline Barlet et Aimée Casal (GRECO-EAT & EAPB) ; Mindjid Maïzia (LTMU-IFU, UMR CNRS n° 7543) ; Jean-Louis Izard, Khrofa Lehtihet (ABC-EAML) ; Jacques Marcillat, (IRPHE, UMR CNRS n° 659) ; Éric Deboulbé (OPTIFLOW).


mailto:luc.adolphe@free.fr
GRECO-EAT & EAPB
83, rue A. Maillol
BP 1329
31106 Toulouse Cedex 1
Tél. : 05 62 11 50 43

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