LES OUTILS DE SIMULATION AU SERVICE DE

Transcription

1 ECOLE DES INGÉNIEURS DE LA VILLE DE PARIS Ecole de la ville durable Morgane COLOMBERT LES OUTILS DE SIMULATION AU SERVICE DE L'AIDE À LA DÉCISION DANS LE CADRE DES PROJETS D'AMÉNAGEMENT : EXEMPLE DE L ACV CAP 2020 UMons 18 avril 2012

2 Présentation de l EIVP L EIVP est : L unique école à délivrer le diplôme d ingénieur spécialisé en «Génie urbain» Une Grande École au cœur de Paris : Créée en 1959 par la Ville de Paris Ouverte aux élèves civils depuis 1986 Une école en pleine expansion : Création de nouvelles formations Convention de rapprochement avec l Ecole des Ponts ParisTech Adhésion au PRES Paris Est Une approche de la ville durable à différents niveaux : Projet urbain global : énergie, transport, eaux, déchets De la qualité environnemental : bâtiment, choix énergétique, choix des matériaux De la gestion urbaine : service public, des travaux Des documents stratégiques d orientation : gestion des risques, PLU, PRU 2

3 Présentation de l EIVP 3

4 Présentation de l EIVP Aujourd hui trois grandes thématiques de recherche : énergie & climat en ville responsable : Morgane Colombert, résilience urbaine responsable : Damien Serre, et espace public & aménagement urbain responsable : Laurent Ducourtieux. La recherche effectuée au sein de l EIVP sur le thème «énergie & climat en ville» s articule autour des trois problématiques que sont : le climat urbain - l énergie - le changement climatique problématiques multi-échelles Regard pluridisciplinaire 4

5 Schéma montrant le socio-écosystème urbain comme facteur influant les changements environnementaux D après Grimm et al. (2008) 5

6 ÉNERGIE & CLIMAT EN VILLE Projets en cours SAPERLO Solutions Adaptées pour la Performance Environnementale en Rénovation des Logements Ouvriers (Ademe) GREENOV Green Renovation Cluster (Union Européenne) SERVEAU Simulation, Evaluation et Réduction de la Vulnérabilité Energétique des Aménagements Urbains (FUI) ASELInn Ancrage, durabilité, localisation de l innovation : vers des nouvelles formes de territorialisation des activités (PUCA) IMPETUS Démarche d intégration urbanisme/bâti et transport/mobilité pour mieux considérer les projets d aménagements urbains dans la dynamique de transformation de la ville durable Innovative Methodology and Practical Evaluation Tools for Urban Sustainability (ANR) RETRACE Réhabilitation thermique du patrimoine ancien (avant 1940) : intégration des enjeux Culturels, historiques, Environnementaux et économiques dans le projet (Paris 2030) HPCE Des profondeurs des caves à la canopée : Histoire et Prospectives des politiques énergétiques d une Capitale Econome (Ignis Mutat Res) Projets finalisés GEOSTOCAL GEO-STOckage de ChALeur (ANR) ATESTOC Stockage d énergie thermique en aquifère pour la réalisation d éco quartier : Etude d un site à Aulnoy-lez-Valenciennes (ANR) Etat de l art des indicateurs et outils de calcul de consommation énergétique et de gaz à effet de serre (ADEME) Analyse de Cycle de Vie à l échelle quartier

7 Sommaire Contexte de l étude EQUER et ARIADNE ZAC Claude Bernard Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 Comparaison de deux pratiques constructives Conclusions de l étude 7

8 Contexte de l étude La Ville de Paris s'engage pour l'environnement et le développement durable Besoin d'outils novateurs pour mesurer l'incidence de choix architecturaux et techniques sur l'environnement, tout au long d un projet d'aménagement L'Analyse de Cycle de Vie est-elle adaptée pour l aide à la décision des collectivités territoriales? Est-elle réellement en accord avec les différents temps d un projet d aménagement? Permet-elle d aider le décideur à analyser les impacts environnementaux de son projet? Permet-elle de guider, en phases initiale et finale, les décisions sur le projet? 8

9 Contexte de l étude Pour apporter des éléments de réponses à ces différentes questions, mise en place d un partenariat entre : - la Direction de l Urbanisme de la Ville de Paris, - le Centre Énergétique et Procédés des Mines Paristech, - Vinci Construction France, - Et l Ecole des Ingénieurs de la Ville de Paris. Objectif : effectuer une première ACV de la ZAC (Zone d Aménagement Concerté) Claude Bernard à Paris et observer le potentiel d aide à la décision d un tel outil pour un projet d aménagement notamment en phase d élaboration du plan masse. Deux étudiants : Charlotte Tardieu et Thibaut Jarrin 9

10 EQUER et ARIADNE 11 indicateurs 4 indicateurs Chainage des entrées/sorties entre les outils d évaluation Les indicateurs peuvent être présentés en distinguant les différentes phases du cycle de vie du quartier : construction, utilisation, rénovation et démolition. Les données d inventaire de fabrication des matériaux et d autres procédés nécessaires à l ACV par les logiciels EQUER et ARIADNE sont issus de la base de données Ecoinvent développée par des instituts de recherche suisses. Dans cette étude, la version 1996 de la base de données Ecoinvent a été utilisée. 10

11 EQUER et ARIADNE Ecotoxicité aquatique Eutrophisatio n Effet de serre Toxicité humaine Formation d ozone photochimique Eau utilisée Energie consom mée Acidification Déchets inertes produits Potentiel de dégradation de la condition naturelle Déchets radioactifs Epuisement des ressources abiotiques Imperméabilité moyenne du sol Potentiel de dégradation de la condition naturelle due au changement d utilisation Proportion de surface de terrain bâti dans le quartier 11 indicateurs environnementaux évalués par EQUER à l échelle du bâtiment 4 indicateurs supplémentaires dans ARIADNE 11

12 ZAC Claude Bernard ZAC Claude Bernard ZAC Claude Bernard Une opération du GPRU Paris Nord-Est Emprise du secteur PNE : 14,6 ha Maîtrise d œuvre urbaine : François Leclercq, architectesurbanistes/agence TER, paysagistes/saunier et associés- BET Aménageur: SEMAVIP 12

13 ZAC Claude Bernard Principaux enjeux: Désenclavement, développement économique, création d espaces publics Programme de la ZAC Claude Bernard en 2009 (Source : SEMAVIP) 13

14 Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 Objectif 1 : tester l ACV en phase initiale de conception Méthodologie : comparer les plan de masse de 2007 et 2010, respectant les mêmes exigences en matière énergétique (celles de 2007) : conception bioclimatique des bâtiments, tendance vers l auto-suffisance énergétique grâce au développement d énergies renouvelables (25% de leurs besoins énergétiques couverts par les énergies renouvelables), bonne isolation thermique des bâtiments selon la réglementation thermique de 2005 (20% d énergie consommée en moins par rapport à la valeur de référence - Cref), installation d appareils et d équipements économes en énergie, chauffage non-électrique, énergétiquement performant et faiblement émetteur de Nox et de CO 2. Données issues de : plan masse d ensemble de la ZAC Claude Bernard datant de , fiches de lots (règles sur les hauteurs, la volumétrie, l emprise au sol, les accès ), cahiers de prescriptions environnementales, architecturales et paysagères, étude d aide à la décision énergétique réalisée par Cap Terre en 2007 (consommations énergies finales/an, scénarios d implantation des ENR), charte de développement durable de la SEMAVIP. 14

15 Plan masse 2007 Plan masse

16 Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 De la volumétrie du projet (2007, Dussapin-Leclerq) à la modélisation dans ALCYONE 16

17 Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 Matériaux de construction Différences entre les 2 modélisations : forme et implantation des bâtiments, usage des sols. Mix énergétique 17

18 Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 ACV comparative des plans de masse de 2007 et 2010 (logiciel ARIADNE) Énergie consommée (GJ) Emissions de GES (tco2) Part du terrain bâti (%) Imperméabilité moyenne du sol (%) 86 88,18 Potentiel de dégradation de la condition naturelle (m².années) Potentiel de dégradation de la condition naturelle liée au changement d utilisation (m².années)

19 Comparaison des plans masse de 2007 et 2010 Les bâtiments du plan de masse de 2010 consomment en moyenne légèrement moins, ce qui peut s expliquer par les légères différences de forme et d implantation des bâtiments Les résultats des indicateurs spécifiques à ARIADNE sont très proches d un plan de masse à l autre. Le potentiel de dégradation de la condition naturelle lié au changement d utilisation du sol est amélioré par les deux variantes. Potentiel de dégradation naturelle 2010 supérieur, car le plan de masse 2010 comprend 1000 m² de surface d allée ou parking en plus et 2000m² d espaces verts en moins. 19

20 Comparaison de deux pratiques constructives Objectif 2 : tester l ACV en phase «finale» de conception Programmation arrêtée, Plan de masse définitivement arrêté, Architecture des bâtiments décidée, Choix des matériaux finalisé. Méthodologie: comparer pour le plan de masse de 2010 : avec la méthode constructive utilisée aujourd hui, avec l utilisation d un pourcentage d éco-matériaux («meilleures pratiques») Modélisation des plots mixtes (A3, B1, B3, C1) longeant le boulevard Macdonald uniquement. 20

21 Comparaison de deux pratiques constructives Mix énergétique INTITULE PAROIS EXTERNES PLANCHER BAS PLANCHERS INTERMEDIAIRES TOITURE FENETRES Variante «détail 2010» COMPOSITION Plâtre 1cm, polystyrène 10cm, béton 20cm Béton 23 cm, Polystyrène 15cm Béton 5cm, polystyrène 2,5 cm, béton 23 cm, polystyrène 7cm feutre bitumeux 1cm, polyuréthane 10 cm, béton 20cm Double vitrage avec lame d argon cadre bois CARACTERISTIQUES THERMIQUES R paroi = 2,70 R paroi = 3,98 R paroi = 2,60 R paroi = 3,46 Uw = 1,42 W/(m².K) Variante «meilleures pratiques» Isolation en laine de chanvre à la place du polystyrène expansé Passage à une ventilation double flux avec un échangeur d efficacité 0,6 21

22 Comparaison de deux pratiques constructives Analyse de cycle de vie comparative des deux variantes pour le plan de masse 2010 (logiciel ARIADNE) B1 B3 A3 détail 2010 Meilleures pratiques (double flux) Besoins de chauffage(kwh/m²) Besoins clim(kwh/m²) Besoins de chauffage(kwh/m²) Besoins de clim(kwh/m²)

23 Comparaison de deux pratiques constructives Baisse de l impact environnemental au profit de la variante «meilleurs pratiques» Gain important en matière d écotoxicité peut s expliquer par le remplacement de l isolant polystyrène par la laine de chanvre Différence de performance pour les indicateurs énergie et effet de serre liée principalement à la ventilation double flux. Les performances environnementales de la variante «meilleures pratiques» auraient pu être encore améliorées en augmentant la part d ENR. 23

24 Conclusions de l étude Des opportunités certaines Opportunités techniques - Elargit le débat au delà des questions énergétiques et de la seule phase d utilisation du bâtiment - Donne des informations quantitatives - Etude intégrée du bâtiment au quartier Opportunités pédagogiques - Sensibilise au comportement des occupants - Donne des informations quantitatives - La variété des indicateurs est un vecteur de sensibilisation Un outil technique Un outil complet mais nécessitant des connaissances scientifiques poussées pour analyser en profondeur les résultats Nécessité de hiérarchiser les indicateurs avec de réaliser l ACV, pour laquelle il est recommandé d avoir de bonnes connaissances des indicateurs et des sciences et techniques du bâtiment 24

25 Conclusions de l étude Un outil d accompagnement du projet dans la durée mais chronophage L ACV doit accompagner le projet dans la durée et pour chaque étape liée à une prise de décision Difficile de recueillir les nombreuses données nécessaires à l ACV bien informer tous les acteurs du projet Limites des logiciels La chaine de logiciels utilisés constitue un outil pertinent dans la conduite dans projet urbain. Trois points doivent d être soulignés: la difficulté d interprétation des résultats, l absence de certaines données dans la base de données des logiciels, La difficile compréhension des indicateurs spécifiques d ARIADNE. 25

26 Conclusions de l étude Perspectives Intégrer l ACV au cahier des charges? ACV à la charge du MOE Former le MOA pour qu il puisse évaluer la qualité des résultats d une ACV Approfondir la connaissance des processus de décisions dans un projet urbain Cibler les besoins d aide à la décision Identifier les moments clés de la conduite d un projet pour mieux intégrer l ACV 26

27 ECOLE DES INGÉNIEURS DE LA VILLE DE PARIS Ecole de la ville durable Morgane COLOMBERT MERCI POUR VOTRE ATTENTION Mail : morgane.colombert@eivp-paris.fr Site web : Rapport recherche de l EIVP : Article sur l ACV de la ZAC Claude Bernard : 27