Gilles Azzopardi (LY - GCU 03), dirigeant-fondateur d'Urbalab : une gestion alternative de l'îlot de chaleur

Qualification thermique en cœur d’îlot : une gestion alternative de l’îlot de chaleur

Au cœur du nouveau modèle de la ville durable se trouve la question du végétal et du verdissement des villes.

Les métropoles sont de plus en plus sujettes, au-delà des effets de saisonnalités, au phénomène d’îlot de chaleur urbain (thermique, pollution, surconsommation énergétique liée à la climatisation…). Ces manifestations sont renforcées par le caractère minéral des grandes villes, où l’eau et le végétal ont perdu de leur place au fil des dernières décennies. De même, par temps froid et venteux, l’effet dit de « canyon urbain » modifie les directions et vitesses des vents.
Les sources d’inconfort sont donc multiples et persistent tout au long de l’année.

Pourtant, les aménagements vernaculaires sont riches d’enseignements pour l’ingénieur curieux. Dans de nombreuses régions chaudes, la végétation et les fontaines dans les espaces extérieurs participent au rafraichissement des espaces publics. Cela caractérise un mode de vie qui ne se limite pas à l’intérieur des bâtiments. Il y a ici les prémices de l’idée que des extérieurs bien aménagés forment « la cinquième pièce de l’appartement ».
Pour cette raison, l’idée de la modélisation d’un outil de qualification thermique en cœur d’îlot est devenue réalité. L’un des objectifs est d’accompagner la qualité thermique et environnementale de la construction, en décloisonnant les démarches, en apportant des solutions en rapport avec les programmes de construction (HQE, RT2012, RT2018) jusque dans les aménagements extérieurs.

Au sens large, le confort thermique se définit comme la sensation subjective de bien être d’un individu, son état de satisfaction vis-à-vis de l’environnement thermique. Sur un plan physique, le confort thermique correspond à un état objectif d’équilibre thermique entre le corps humain et les conditions d’ambiance. Ainsi, cet outil, en qualifiant le confort en espace extérieur, détermine l’impact d’un aménagement maitrisé sur le microclimat du cœur d’ilot et sur les situations de confort thermique ressenties par un individu. Il vise donc à : 

• Enrichir et valoriser la conception du cœur d’ilot,
• Construire un modèle le plus objectif possible lorsque l’on parle de confort, dont la notion recouvre une part de subjectivité,
• Faire du cœur d’ilot une pièce à vivre, par la création de microclimats favorables à son utilisation,
• Permettre une classification de type Diagnostic Performance Énergétique pour simplifier la communication et l’information.

Pour ce faire, l’échelle microclimatique choisie est limitée à quelques centaines de mètres. En effet, à cette échelle, l’individu peut intervenir pour atténuer les conséquences climatiques (haie, brise-vent, urbanisme adapté aux vents dominants, à l’ensoleillement, à la présence d’eau). Les avantages offerts par les dispositifs naturels passifs que nous avons étudiés sont importants en termes de régulation du microclimat.
Autre avantage de cette échelle : ce sont des espaces en lien avec des usagers et des usages, à taille humaine. En effet ce sont l’usage et la fréquentation d’un lieu qui déterminent la taille de
l’espace d’ambiance, laissé alors à la libre interprétation du concepteur.
L’outil a été développé dans le but d’une modélisation simplifiée, rapide, qui propose une gestion alternative des îlots de chaleur sans coûts de travaux complémentaires. Quatre paramètres sont retenus pour qualifier l’ambiance thermique du projet. Ils sont nommés « Potentiels » puisque l’objectif n’est pas de quantifier dans l’absolu mais de qualifier des aspects allant plus ou moins dans le sens du confort d’usage :

• Le « Potentiel d’ombrage » : les ratios d’ombrage ont été obtenus par modélisation sur les dates des solstices. Le pourcentage de bassin couvert permet une représentation de la continuité de l’ombre sur le bassin. Plus cette valeur est forte plus l’ombre sera d’un seul tenant.
• Le « Potentiel d’évaporation » : l’EVP et l’ETR en l/j indiquent le volume total évaporé ou évapotranspiré dans un bassin d’ambiance. L’EVP et l’ETR en mm/j sont ramenées par ratio au m² d’espace d’ambiance, afin de les rendre comparables. Ils représentent donc des litres par m² d’espace d’ambiance par jour.
• La « Perméabilité au vent » : elle comprend un tableau « Direction de distribution du vent » renseignant les fréquences d’occurrence des vents (juillet et janvier) supérieures ou égales à 4
  sur l’échelle de Beaufort. Le coefficient d’ouverture renseigne sur la porosité du bassin d’ambiance. Plus sa valeur est élevé plus le bassin est directement exposé au vent. Le coefficient de couverture équivaut à un pourcentage de réduction de vitesse du vent moyenné sur la longueur du bassin traversé et pondéré par les fréquences en fonction des directions.
• Le « Potentiel radiatif et inertiel » : il comprend un tableau des émissivités et albédos en fonction de l’environnement urbain, tels que les matériaux de construction. Les façades des bâtiments aux interfaces peuvent ou non être prises en compte. Le pourcentage réfléchi renseigne sur un effet direct (non différé) des matériaux, sur l’effet ressenti en journée. Il est aussi facteur d’éblouissement. L’énergie réfléchie est un rayonnement en courte longueur d’onde, comme le soleil.
  Le pourcentage réémi renseigne sur un effet différé, principalement le ressenti la nuit. Son calcul présuppose que l’énergie absorbée par le matériau est réémise sous forme de grande longueur d’onde.

Ces potentiels prennent en compte l’impact de la végétation (ombrage, brise-vent, évapotranspiration), de l’eau (évaporation, inertie, température de surface), des bâtiments (brise-vent, réflexion solaire, ombrage), et des matériaux des voiries (inertie, température de surface, réflexion solaire). Les impacts de la latitude, de la taille du bosquet d’arbres, de sa densité, et de la hauteur des arbres ont par ailleurs été étudiés avec la volonté de caractériser en un minimum de critères l’ombre produite par un espace planté. Il a par exemple été démontré que latitude et saison n’ont pas d’impact sur la quantification de l’ombre utile : seule la position du centre de la surface ombrée change.

Nous avons nommé « bassins d’ambiance » les zones étudiées. La forme octogonale a été choisie afin de représenter la géométrie réelle et complexe que peut prendre un bassin. Intermédiaire entre le carré et le cercle, cette forme est compacte tout en possédant des faces. La prise en compte des paramètres physiques se fait de deux manières : selon la frontière de l’octogone et selon son intérieur.

Ce sont des espaces à taille humaine, en lien avec des usagers et des usages. Ce sont bien l’usage et la fréquentation du lieu qui déterminent la taille de l’espace d’ambiance. Chaque bassin est étudié selon les quatre potentiels de l’outil, qui propose un mapping innovant des potentiels de conforts thermiques en coeur d’îlot selon les choix de conception probables à l’amont de tout projet de construction.

Notre parti-pris n’est donc pas une approche déterministe mais comparative, qui porte sur le coeur d’ilot comme espace de vie et s’adresse à des publics ciblés en fonction des usages du bâtiment. C’est un outil d’aide au design mis au service du concepteur, de l’économiste, de l’urbaniste, dans l’environnement urbain existant. C’est aussi un outil de valorisation du bâtiment : un vecteur de mieux-vivre ensemble dans ses espaces extérieurs, qui met en valeur la complémentarité de cet espace collectif avec le bâtiment. La notion de confort y est abordée dans une direction sensible et physique.

Gilles Azzopardi (LY - GCU 03), dirigeant-fondateur d’Urbalab

Urbalab est une agence de design urbain fondée en 2010.
Pluridisciplinaire, elle porte les compétences d’ingénierie VRD, hydraulique, économie des aménagements, paysage et territoire, analyse urbaine, design et BIM extérieur, marketing territorial, concertation. Urbalab est spécialiste de l’aménagement du coeur d’îlot en zone urbaine dense.