Les futurs espaces extérieurs du village des athlètes des Jeux Olympiques de Paris en 2024 seront optimisés pour améliorer le confort y compris pendant les périodes de chaleur, en misant sur la bioclimatisation et l’évapotranspiration des espaces végétalisés. C’est l’objet du projet de recherche Coolveg, confié par SOLIDEO au Cerema et à la start-up SOLENOS, qui a pris fin récemment.
L'aménagement du village olympique est l’occasion de tester des solutions d’aménagement innovantes. En matière de confort climatique, le projet de recherche Coolveg visait à optimiser le dimensionnement des espaces végétalisés, pour favoriser l’évapotranspiration et rafraîchir l’air extérieur.
L’enjeu est de créer un microclimat agréable même en période de canicule, en utilisant la végétalisation qui permet de réduire la température de l’air ambiant. L’étude a montré que la végétalisation d’un boulevard de 300 m, le mail Finot, permet de réduire de 5 à 10°C les températures à la surface des végétaux, et de plusieurs °C les températures de l’air du mail si l’évapotranspiration est maximale, c’est-à-dire sans stress hydrique.
Ce travail a été réalisé à la demande de la Société de livraison des ouvrages olympiques (SOLIDEO), qui a missionné deux équipes de recherche du Cerema (TEAM -Transferts et interactions liés à l’EAu en Milieu construit et BPE - Bâtiments Performants dans leur Environnement) ainsi que la startup SOLENEOS pour diagnostiquer le futur microclimat du village olympique et identifier des leviers d’optimisation de la bioclimatisation.
Pour cela, le processus d’évapotranspiration a été modélisé à l’échelle de l’ensemble du projet d’aménagement. La méthode développée pour le projet combine l’utilisation de deux modèles numériques pour analyser les conditions d’une évapotranspiration optimale sur 5 zones végétalisées au niveau du mail du village dans différents contextes (ombragé ou non, sec ou plus humide).
Les végétaux situés sur le mail Finot sont de différentes espèces (des arbustes et plantes de strates basses ainsi que des bouleaux, charmes, chênes, cormiers, frênes, ormes, platanes, poiriers…) et donc de tailles et de couverture par le feuillage variées.
Les calculs ont été réalisés pour une année entière à partir des hypothèses climatiques à l’horizon 2050 fournies par Météo France [1], et à partir de deux modèles complémentaires:
MARIE qui permet de simuler en détail les flux d’évapotranspiration émis par les strates basses des espaces végétalisés, en tenant compte du stress hydrique lors des chaleurs qui est lié au climat et au volume d’eau présent dans le sol.
SOLENE Microclimat qui utilise ces flux d’évapotranspiration pour caractériser le microclimat du village et les températures de surface et de l’air.
Identifier les leviers de l’évapotranspiration
Futur village des athlètes - Infographie Solideo
Un diagnostic des flux d’évapotranspiration (ET) a été réalisé à l’aide du modèle MARIE en prenant en compte la diversité des propriétés de la végétation, les rayonnements solaires (différents par zones et par strates végétales), et les variations des conditions hydriques des sols.
Le besoin d’évapotranspiration évalué en 2050, d’après les températures et humidités envisagées, est de 1150 mm par an, mais les espaces végétalisés étudiés ne pouvaient en émettre que 1000/ an mm en raison du manque d’eau dans le sol en moyenne, et 55 mm en période de stress hydrique.
Il apparaît que lors des périodes de stress hydrique, les flux d’évapotranspiration des strates basses et des strates hautes sont fortement réduits, de l’ordre de 50 à 80% selon les zones étudiées ce qui induit une baisse du rafraîchissement en-deçà de 2°C.
Cette modélisation a permis in fine d’identifier des leviers permettant d’améliorer l’évapotranspiration :
Augmenter la densité des feuilles, réduire la résistance des stomates des feuilles, (transpiration des végétaux), ancrer les racines plus en profondeur permet d’augmenter le flux à l’échelle de l’année mais beaucoup moins lors de canicules. La densité du couvert végétal est un facteur qui améliore l’évapotranspiration si les plantes laissent suffisamment d’eau dans le sol.
Le sol en place limoneux est un bon équilibre entre capacité de rétention et capacité d’infiltration des eaux pluviales ; un sable ou un argile aurait été moins efficace.
Imperméabiliser les sols à quelques mètres de profondeur pour retenir l’eau permet d’améliorer les flux, mais réduit d’autres services rendus par les sols,
Connecter les surfaces amont pour collecter du ruissellement et favoriser l’infiltration de l’eau dans le sol en désimperméabilisant, ce qui peut permettre d’améliorer de 22 % à 56% l’évapotranspiration en période de chaleur intense.
Quel impact sur le microclimat ?
Carte des zones végétalisées et du type de végétation pris en compte dans la modélisation
Avec l’augmentation des températures, notamment pendant les pics de chaleur, le phénomène d’ilot de chaleur (des températures plus élevées jusqu’à 8°C la nuit en ville par rapport à la campagne) a un impact fort sur la qualité de vie en ville. Un des moyens de limiter ce phénomène est de végétaliser les espaces urbains, et d’optimiser l’évapotranspiration.
Une période de canicule en 2050 a été modélisée : les températures d’air dépassent pendant plusieurs jours les 40°C sans descendre en dessous de 25°C la nuit ; l’humidité de l’air reste entre 15% et 35% lors des jours les plus chauds. Il s’agit de conditions extrêmes, lors desquelles la température des revêtements au sol des sites étudiés peut atteindre 60°C.
En optimisant l’évapotranspiration sur les zones végétalisées étudiées, la température de surface peut être réduite de 10°C et celle de l’air localement de 2 à 4°C. Ces rafraîchissements locaux s’expliquent par des températures plus faibles à la surface des feuilles qui évapotranspirent, et leur répartition spatiale est conditionnée par le bilan radiatif et la circulation du vent au sein du mail.
La température de l’air est davantage réduite dans les zones où l’air circule lentement et reste en contact longuement avec la végétation.
La zone du village autour du mail a été modélisée pour représenter la volumétrie des bâtiments, la topographie du terrain, la délimitation et le volume des zones végétalisées, les espaces minéralisés, la circulation du vent.
Des recommandations ont pu être formulées pour l’aménagement des abords du mail, afin de réduire les températures :
Modélisation des courants d'air
Réduire la vitesse du vent localement pour optimiser la bioclimatisation au niveau du mail
Dans les parties où les bâtiments apportent de l’ombre, poser plutôt des végétaux de strates basses.
Veiller à l’alimentation en eau des espaces les plus secs, en privilégiant la solution naturelle et gravitaire de connecter le ruissellement de surfaces amonts
Planter des arbres et arbustes de strates hautes dans les zones les plus exposées au soleil
[1] Avec l’augmentation prévue des températures, le phénomène d’évapotranspiration sera amplifié en 2050 par rapport à aujourd’hui. L’hypothèse d’une année chaude a été retenue.
Le projet a été l'objet d'une diversité de livrables, de longueurs variées et orientés en des termes soit techniques ou plus opérationnels: les résultats scientifiques et techniques (un 2 pages pour reprendre l'essentiel, une synthèse en 35 pages) et les déclinaisons opérationnelles (un 2 pages pour l'essentiel, et une synthèse de 15 pages).
Actualité des Equipes projet de recherche :
