Un an d’avancées pour le projet national ISSU : vers un référentiel partagé pour évaluer les solutions de rafraîchissement urbain

Une communauté d’expertise nationale et transversale pour accélérer l’adaptation face à la surchauffe urbaine surchauffe urbaine

Ces trois axes de recherche permettront le passage des résultats scientifiques laboratoires aux questions de mise en œuvre, du laboratoire au terrain, pour répondre aux besoins opérationnels des acteurs de l’aménagement, et notamment des maîtres d’ouvrage : meilleure connaissance du comportement des solutions, aide à la décision, aide à l’évaluation des aménagements.

Dès la première année, les trois axes de recherche ont livré des enseignements précieux. L'ensemble des résultats et différents livrables du Projet national ISSU seront diffusés à l'issue des quatre ans, avec des rapports d'études intermédiaires selon la maturité des résultats. 

WP1 : caractérisation et optimisation des composants

Ce premier axe de travail transversal, qui rassemble la majorité des partenaires, a pour objectifs de référencer l’ensemble des composants et solutions disponibles aujourd’hui sur le terrain et d'identifier les méthodes de caractérisation afin d’évaluer leur performance thermo-hydro-aéro-radiative.

Cet axe de travail se décompose en 3 sous-axes :

• WP1.1 : Revue exhaustive des composants existants et disponibilité
• WP1.2 : Caractérisation / modélisation des propriétés thermo-hydro-aéro-radiatives
• WP1.3 : Caractérisation / modélisation de systèmes / solutions

Un état de l’art a été réalisé pour chacun de ces sous-axes intégrant une approche transversale autour des composants des solutions grises, vertes et bleues. Cet état de l’art a mis en évidence une littérature très riche pour le domaine mais avec des approches très différentes selon les solutions considérées. L’ensemble de ce travail a donné lieu à plusieurs rapports techniques très détaillés.

Aussi, la production d’un catalogue de solutions a été proposé pour les solutions grises mais s’avère plus complexe pour les solutions vertes et bleues pour lesquelles le travail s’est focalisé sur la nomenclature des composants. Un travail complémentaire sera donc mené sur la tranche 2 sur ces dernières.

Les travaux relatifs à la caractérisation et la modélisation des propriétés thermo-hydro-aéro-radiatives ont fait l’objet de 3 sous groupes transversaux tels que définis :

• WP1.2.1 : propriétés radiatives relatives aux mesures d’albédo et émissivité notamment
• WP1.2.2 : propriétés thermo hydriques relatives aux mesures d’évapo(transpi)ration
• WP1.2.3 : propriétés hydrauliques relatives aux mesures de perméabilité et drainabilité 

Une base de données sur le recensement des protocoles de caractérisation a été consolidée pour la mesure des propriétés radiatives. Par ailleurs, une première journée de mesure sur les échantillons du groupe Revêtement et Lumière a été organisée dans les locaux du Cerema sur la plateforme PAVIN à Clermont-Ferrand pour clarifier les attentes des essais croisés qui seront menés dans les tranches 2 et 3.

Les travaux menés sur les méthodes d’essais pour les mesures d’évapo(transpi)ration ont mis en évidence une grande diversité de méthodes et de protocoles pour l’ensemble des solutions. En parallèle, une enquête a été menée pour répertorier les protocoles de mesures déjà présents chez les partenaires et leur intérêt pour le développement d’un banc d’évapo(transpi)ration. Plus de 12 essais de laboratoire et 3 essais in-situ ont été remontés avec un spectre de conditions expérimentales très large. Aussi, la tranche 2 se focalisera sur la mise en place d’un protocole de référence pour lequel les conditions hydriques seront identiques pour tous les échantillons communs étudiés. 

Un état de l’art exhaustif a été mené dans le cadre le cadre de la caractérisation des propriétés hydrauliques. Il comprend un lexique, une revue des expériences nationales des partenaires ainsi qu’une synthèse de la littérature internationale. Il ressort de ce travail le besoin de travailler à l’échelle du laboratoire pour caractériser et modéliser les propriétés hydrauliques. Des outils de transfert d’échelle seront aussi questionnés. 

Les travaux sur la caractérisation de systèmes sont en cours de construction. Des recherches de financement sont étudiées pour supporter les études proposées.

Les travaux menés dans ce groupe de travail alimenteront les méthodes d’évaluation du microclimat et du confort du WP2, notamment en alimentant les modèles avec des valeurs plus précises et déterminées par des méthodes communes. De plus, certaines méthodes identifiées pourront être mises en œuvre en laboratoire mais aussi sur le terrain. Enfin, les résultats obtenus pourront être croisés avec les données des démonstrateurs du WP3.

WP2 : analyse multi-critères de la performance des solutions

Ce sous-groupe vise à établir un cadre d’analyse multicritère de la performance des solutions de rafraichissement urbain, afin de permettre une évaluation intégrée des services rendus par ces solutions dans un contexte prédéfini. Pour cela deux volets sont explorés de manière concomitante : 

• Le WP2.1, qui porte sur le microclimat et le confort d’été, à travers des approches de modélisation et d’expérimentation ;
• Le WP2.2 qui porte sur les thématiques connexes telles que la biodiversité, le carbone, qualité de l’air de l’eau et des sols, mais aussi les enjeux socio-économique, bien-être et les usages. 

Ces deux axes ont nécessité des approches de travail différenciées, avec notamment un travail collaboratif autour de benchmarks (modèles & méthodes expérimentales) pour le WP2.1, et des approches plus exploratoires et la réalisation synthèses thématiques pour le WP2.2. Ces deux axes sont coordonnés de manière continue au moyen de temps d’échanges réguliers, permettant de partager l’avancement et les résultats de chacun. 

Comparaison des méthodes d’évaluation du microclimat urbain et du confort : 

Un travail collaboratif (CSTB, UGE, COLAS, Ingérop-Actierra, CityClimateX, ENPC/LEESU, SOLENEOS, ESTP, ENPC-LEESU, ENPC-HM&Co, ESIEE) a été mené afin de construire un benchmark des méthodes d’évaluation du microclimat urbain et des indicateurs de confort. Il a porté :

• D’une part sur 7 différents modèles en distinguant les données d’entrée nécessaires, les conditions de mise en œuvre de ces modèles et enfin les données de sortie
• D’autre part sur les retours d’expériences des membres concernant les bonnes pratiques pour mener une campagne de mesures sur site en prenant en compte les enjeux, les paramètres à mesurer et les capteurs associés, leur localisation et étalonnage mais aussi les contraintes et usages du site d’expérimentation
• Enfin un focus a été réalisé par l’ENPC-HM&Co sur le développement de la mise en œuvre et analyse de protocoles de mesures expérimentales pour établir un bilan thermo-hydrique des Solutions Fondées sur la Nature 

Analyse multicritères et focus thématiques :

5 actions ont été portées au sein du WP2.2 pour cette première tranche, portant sur différentes thématiques de l’analyse multicritère :

• Un état de l'art et éléments méthodologiques de prise en compte des co-effets environnementaux dans l'étude des solutions de lutte contre sur la surchauffe urbaine, porté par le bureau d’étude GINGER, qui vise à appliquer la démarche de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) aux solutions de rafraichissement urbain. Cet état des lieux vise notamment à établir une revue des référentiels existants et à définir une méthodologie d’application à un futur cas d’étude ;
• Un état de l’art, qui vise à évaluer à travers différentes thématiques (consommations énergétiques, santé, immobilier, environnement, etc.) l’impact socio-économique des solutions de rafraichissement. Cette étude portée par le bureau d’étude Arcadis, permet une première approche de quantification économique des co-bénéfices des solutions, et d’établir une liste d’indicateurs pertinent pour l’évaluation des impacts ;
• Un guide à destination des décideurs, portant sur l’articulation des solutions de rafraîchissement avec les outils et documents de la planification écologique, portée par l’Union Professionnelle du Génie Ecologique (UPGE), permettant une mise en perspective des enjeux de mise en cohérence des solutions depuis à la planification à l’échelle projet. Ce document liste notamment les différentes bonnes pratiques et prérequis à considérer de la conception à la réalisation des projets.
• Un état de l’art et une analyse critique des indicateurs, des méthodes d’inventaires et de suivi de la biodiversité dans le cadre des projets d’aménagements et renouvellement urbain, conduit par le bureau d’étude Naturalia Environnement. Cette revue de littérature vise établir un mode opératoire et une liste de bonnes pratiques à destination des porteurs de projets, pour les aider à identifier les protocoles et indicateurs les plus adaptés pour le suivi de la biodiversité associée aux solutions de rafraichissement.
• Un rapport de synthèse d’identification des pratiques de gestion de la ressource en eau et d’irrigation au sein des collectivités, porté par le Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU) de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (ENPC). Cette étude conduite à partir de revues de littérature et d’entretiens de terrain au sein des métropoles de Paris et Lyon, vise à optimiser et réduire les consommations d’eau mobilisée pour l’arrosage des espaces végétalisés et solutions de rafraichissement.

WP3 : Du laboratoire au terrain, évaluation de démonstrateurs vécus

Déjà neuf sites démonstrateurs ont été identifiés pour faire l’objet d’un suivi scientifique dédié, dont déjà cinq sont en cours d’évaluation. La durée du projet ISSU permettra un suivi sur a minima deux voire trois étés pour les démonstrateurs. 

Chaque site fait l’objet d’un partenariat entre équipes scientifiques et acteurs opérationnels. Ce consortium propose une méthodologie spécifique adaptée aux questionnements du maître d’ouvrage et approfondit un des axes du Projet ISSU (mesures croisées des propriétés radiatives d’un matériau, évaluation de la croissance et de la résilience du végétal, analyse de la gestion des eaux pluviales...). 

Les premiers travaux ont révélé que les contraintes locales nécessitent une adaptation des protocoles scientifiques classiques, que l’aménagement soit en phase chantier ou déjà livré et donc occupé par des usagers et habitants. Ils se poursuivent actuellement pour produire des méthodes et outils réplicables pour accompagner les futurs aménagements, avec une maîtrise des coûts de suivi et des indicateurs pertinents pour l’aide à la décision.

Pour bien valoriser ces démonstrateurs, une grille d’évaluation multicritères a été co-construite avec le WP3, dans le cadre d’un stage hébergé par le Cerema. Cette grille d’analyse multi-critères d’un aménagement, au regard des enjeux de surchauffe urbaine et de développement durable, en retenant une série de questions et d’indicateurs sélectionnés au regard de l’état de l’art et d’entretiens menés auprès de différents acteurs dans et hors du projet ISSU. Le rapport d’étude précisant les résultat sera mis prochainement en ligne sur Ceremadoc. Cette grille sera testée par les démonstrateurs ISSU en 2025-2027, pour la simplifier et vérifier sa pertinence opérationnelle, avant diffusion de la méthodologie en dehors du projet ISSU.

💬  Les entretiens menés ont souligné un écart entre l’urgence d’agir exprimée par les collectivités, et le temps long nécessaire pour produire des résultats scientifiques robustes sur la performance des solutions. 

Les évaluations des solutions de lutte contre la surchauffe urbaine sont limitées par le manque de moyens financiers, de temps, de conscience politique ou de méthodologies adaptées et d’outils métier. Tout l’enjeu du projet ISSU est donc de fournir des données robustes, des méthodes et outils adaptés pour l’aide à la décision, au fil du projet.

Par ailleurs, une démarche d’autoévaluation du PN ISSU a été engagée courant 2024. Le cadrage méthodologique de cette évaluation a été appuyé par le CEREMA. Cette démarche, structurée en quatre phases, a pour objectif de suivre l’évolution du projet à l’aide d’indicateurs quantitatifs et qualitatifs (représentations graphiques, données chiffrées, etc.), en s’appuyant notamment sur les données de suivi fournies par l’IREX.

Panorama des 5 démonstrateurs déjà lancés