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MultipliCités

Optimisation énergétique multi-échelle et modélisation multicritères des formes urbaines

Contexte

Ces dernières décennies, face à un développement important des aires urbaines, et une maitrise insuffisante de la gestion des ressources notamment énergétiques dans les projets d’aménagement, il convient de s’interroger sur le devenir morphologique et spatial de la ville : vers quel(s) modèle(s) de ville allons-nous ? Quels sont les liens entre ces formes urbaines et leurs impacts environnementaux et énergétiques ? Comment évaluer et « optimiser » ces performances énergétiques pour produire des îlots ou des quartiers durables ? Etant donné la complexité des enjeux urbains, il est indispensable  d’intégrer les différentes disciplines, ainsi que d’emboiter les différentes échelles afin de pouvoir produire des connaissances utiles aux maîtres d’ouvrage urbains, et des modélisations énergétiques intégrées.


Objectif

Ce projet de recherche est une contribution prospective au renouvellement et à l’aide à la conception des zones urbaines à partir d’une approche énergétique, focalisée sur les formes construites et leur matérialité à trois échelles spatiales imbriquées: le quartier urbain, le bâtiment et le matériau.

Le travail a pour but de réaliser une étude d’optimisation sur le potentiel d’exploitation raisonnée de l’énergie solaire et de conservation énergétique dans les typologies urbaines de référence des villes européennes traditionnelles et appliquée sur trois archétypes d’opérations de rénovation et/ou de développement en cours dans l’aire urbaine de Toulouse. Nous cherchons à élaborer une base de données présentant l’ensemble de variantes énergétiques « optimales » de ces projets, et permettant de communiquer aux aménageurs urbains et aux architectes sur un large éventail de potentialités. Ce travail permettra de les aider à gérer la complexité et comprendre l’impact de leur choix dans les réponses énergétiques urbaines, à la fois en termes de performance, mais aussi en termes de qualités des ambiances architecturales et urbaines, ainsi qu’en termes d’impacts socio-économiques.


Démarche

A partir d’un jeu d’indicateurs et de paramètres spatiaux de la morphologie urbaine, plusieurs archétypes urbains qui ont été définis dans le cadre des projets de recherche récemment portés par le LRA et ses partenaires (SAGAcités, MUSCADE et ACCLIMAT, MApUCE) serviront de base à cette étude prospective. Elles seront complétées par les connaissances ainsi associés à leur matérialité élaborées dans le projet MApUCE. Dans un premier temps ces archétypes seront évalués selon leur performance énergétique. Dans un second temps, les paramètres pertinents les définissant seront soumis à une étude de sensibilité afin d’identifier les facteurs ayant une plus forte influence sur les variables-réponse énergétiques d’intérêt. Ensuite, nous chercherons à utiliser des techniques innovantes d’optimisation basées sur le couplage d’un algorithme issu de la recherche opérationnelle (algorithmes évolutionnaires, génétiques, réseaux de neurones…), avec des modèles de calcul énergétique des bâtiments à des échelles géographiques variables. Ceci permettra, à partir de la comparaison de milliers de variantes morpho-techniques urbaines, de définir un ensemble de solutions optimales du point de vue énergétique et vis à vis d’un ensemble de critères prédéfinis. Ces connaissances nouvelles permettront de développer un prototype d’outil d’aide à la décision permettant une plus-value décisionnelle pour les décideurs, utile, à la fois à un diagnostic des potentialités solaires d’études de cas, et à l’orientation des phases de (pré) programmation des projets urbains.

Ce travail aboutira à la production de données et de connaissances sur des variantes énergétiques urbaines « optimales ». L’expérience capitalisée dans d’autres projets sur ce type d’approche innovante a montré que les variantes optimales obtenues ne correspondent pas uniquement à des projets qui font table rase du passé. La grande majorité des variantes obtenues s’appuient sur des modifications typo-morphologiques relativement modestes par rapport à une typologie urbaine existante. Un quartier « optimal » du point de vue énergétique peut ainsi perpétuer le « changement dans la continuité » : des modifications typo-morphologiques faibles mais continues dans le temps et l’espace. Dans le cadre d’un projet de renouvellement urbain, ce travail peut ainsi apporter des connaissances opérationnelles inédites.


Chercheurs du projet - Partenaires

- LRA :


- Institut de la ville :

- aua/Toulouse - Agence d’Urbanisme et d’Aménagement
Toulouse Aire urbaine
:

  • Geneviève Bretagne - ingénieur environnementaliste et urbaniste, responsable du Domaine Écologie des Territoires
  • Patrice Contart, architecte DPLG - urbaniste

- EEAM (Ecole Européenne de l’Art et des Matières):

  • Nathalie Tornay LRA - EEAM (Ecole Européenne de l’Art et des Matières)

 

Comité de suivi : Stéphane Ginestet (INSA Toulouse - LMDC  - Laboratoire Matériaux et Durabilité de la Construction ), Valéry Masson (CNRM-GAME-METEOFRANCE), Marjorie Musy (IRSTV - Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville et CERMA - Centre de Recherche Méthodologique d'Architecture ), Christian Inard ( LASIE – Université de La Rochelle )

 


Financement


Période de réalisation

Durée 3 ans, du 29 Septembre 2015 au 29 Septembre2018.

 

Diffusion institutionnelle

Multiplicités sur le site de l'aua/T
Multiplicités sur le site de l'Institut de la Ville

Illustration-Belfort-scenario-solaireIllustration-Belfort-scenario-atelier1
Illustration-Belfort-analyse-sensibilité Illustration-Belfort-chauffage

Communications-Publications-Conférences

  • Semaine de la Recherche, Approche multiscalaire et multidisciplinaire du lien ville et énergie, ENSA Toulouse, 21-26 Mars 2016.
  • Séminaire ADEME, Projet Multiplicités, Parcours Urbanisme Durable : modélisation et évaluation environnementales et sonores, La Recherche au service de la transition énergétique, Cité Universitaire, Paris, 17-18 Mai 2016.
  • « MultipliCities : multi-scale energy modelling of urban archetype buildings, case-study in Toulouse », Tathiane A.L. Martins, Serge Faraut, Luc Adolphe, Nathalie Tornay, Marion Bonhomme , Genevieve Bretagne, Patrice Contart and Geraldine Casaux- Ginestet, International Conference PLEA 2017, Design to Thrive, ISBN 978-0- 9928957-5-4, 3-5 Juillet 2017
  • « Zoom du mois : Projet urbain et performance énergétique », la lettre d’actualités de l’aua/T, novembre 2016, http://www.aua-toulouse.org/spip.php?article1586.
  • « Zoom du mois : Projet urbain et optimisation de l’énergie solaire », la lettre d’actualités de l’aua/T , mai 2017, : http://www.aua- toulouse.org/spip.php?article1725.

Accès aux rapports du projet Multiplicités

Zone d'échange des partenaires du projet