Vulnérabilité et stratégies d adaptation de la ville de Paris au changement climatique : Végétation et ressource en eau

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1 1 Vulnérabilité et stratégies d adaptation de la ville de Paris au changement climatique : Végétation et ressource en eau Aude Lemonsu Chargée de recherche CNRS, GAME, UMR3589 Contact : aude.lemonsu@meteo.fr Contributions : Marion Bonhomme, Maxime Daniel, Julien Desplat, Cécile de Munck, Stéphane Hallegatte, Julia Hidalgo, Raphaëlle Kounkou-Arnaud, Julien Le Bras, Colette Marchadier, Valéry Masson, Grégoire Pigeon, Jean-Luc Salagnac, Samuel Somot, Vincent Viguié Colloque annuel PIREN-Seine 5-7 février 2014

2 Contexte et motivations 2 Les villes concentrent les biens, les infrastructures et les personnes Elles sont le siège d un microclimat spécifique = îlot de chaleur urbain (ICU) Elles sont vulnérables aux effets du changement climatique Tmin durant la canicule 2003 Tmin durant un été typique 16 C ΔT = 8 C 10 C ΔT = 4 C 24 C 14 C Source : Météo-France, DIRIC

3 3 Climat urbain ICU Confort thermique Conso d énergie Forme urbaine et bâtiments Végétation urbaine Hydrologie urbaine

4 4 Climat urbain ICU Conso d énergie Confort thermique Forme urbaine et bâtiments Modèles numériques et couplage de modèles BD et Géo-connaissance urbaines Forçages climatiques et descente d échelle Végétation urbaine Indicateurs intégrés et interdisciplinaires Hydrologie urbaine

5 Approche méthodologique 5 Inclure l évolution du climat sur le 21ème siècle Modéliser l expansion urbaine et l évolution du tissu urbain Tenir compte de l évolution des modes de vie et usages Produire des indicateurs pertinents pour l évaluation des scénarios Forçages climatiques USAGE BATI VILLE Scénarios intégrés Modélisation du climat urbain Indicateurs Stress thermique Demande énergétique Consommation en eau Vulnérabilité urbaine au climat futur

6 Outils de modélisation 6 Town Energy Balance (TEB) Processus physiques clefs liés au développement du climat urbain Bilan radiatif, bilan d énergie, et bilan en eau en surface Mode forcé ou couplage avec un modèle atmosphérique TOIT MUR ROUTE

7 Outils de modélisation 7 Town Energy Balance (TEB) Processus physiques clefs liés au développement du climat urbain Énergétique du bâtiment + systèmes de chauffage et de climatisation Indicateurs biométéorologiques ressenti thermique des habitants Végétation urbaine - Interactions vég/bâti - Toiture végétalisée modèle SVAT - Arrosage ISBA

8 Outils de modélisation 8 Town Energy Balance (TEB) Processus physiques clefs liés au développement du climat urbain Énergétique du bâtiment + systèmes de chauffage et de climatisation Indicateurs biométéorologiques ressenti thermique des habitants Végétation urbaine - Interactions vég/bâti - Toiture végétalisée - Arrosage Sous-sol urbain et hydrologie urbaine - Hydrologie (ISBA-DIF) - Infiltration dans chaussées - Ruissellement vers réseau - Transfert eau du sol vers réseau modèle SVAT ISBA

9 Paris actuel Etalement urbain et verdissement Projet VURCA : vulnérabilité de Paris aux canicules futures Etalement urbain en 2100 selon différentes politiques urbaines Impact sur le climat urbain en condition de canicules Ville étendue Ville compacte Ville verte

10 Etalement urbain et verdissement % de la ville affectée par l'îlot de chaleur urbain Projet VURCA : vulnérabilité de Paris aux canicules futures Source : Maxime Daniel Ref Dense Étendue Verte 10% Verte 30% Verte 50% Bénéfice du verdissement sur le confort extérieur MAIS importance de la disponibilité en eau pour assurer l efficacité de la végétation

11 Etalement urbain et verdissement % de la population en stress thermique élevé Irrigation forcée Irrigation réaliste Sans irrigation Arrosage chaussées Projet VURCA : vulnérabilité de Paris aux canicules futures >22H >20H >18H >16H >14H >12H >10H >8H >6H >4H >2H >0H Source : Maxime Daniel Efficacité de stratégies combinant arrosage de la végétation en zones résidentielles et aspersion d eau sur les chaussées en centre-ville

12 Etalement urbain et verdissement % de la population en stress thermique élevé Projet VURCA : vulnérabilité de Paris aux canicules futures Ville compacte veg veg + routes Source : Maxime Daniel veg Ville verte veg + routes Conso Mm 3 jr Irrigation forcée Irrigation réaliste Sans irrigation Arrosage chaussées Efficacité de stratégies combinant arrosage de la végétation en zones résidentielles et aspersion d eau sur les chaussées en centre-ville

13 Stratégies de verdissement 13 REF V+ Projet MUSCADE : évaluation de stratégies de verdissement (échelles saisonnière et pluriannuelle) V++ V+++ Pas de TVE Source : Cécile de Munck

14 Stratégies de verdissement Impacts en condition de canicule (canicule 2003) 14 V+ V++ V+++ Source : Cécile de Munck

15 Stratégies de verdissement Impacts en condition de canicule (canicule 2003) 15 V+ V++ V+++ Source : Cécile de Munck

16 Stratégies de verdissement 16 Impacts en condition de canicule (canicule 2003) EF cum (GW h) % réduction / référence REF Source : Cécile de Munck TVE TVE irr V + ++ V* +++ Vmax

17 Stratégies de verdissement 17 Impacts en condition de canicule (canicule 2003) EF cum (GW h) % réduction / référence % V Seine D Seine = 66 m 3 s -1 (étiage) % V Seine 71 % V Seine 65 % V Seine 53 % V Seine 59 % V Seine REF Source : Cécile de Munck TVE TVE irr V + ++ V* +++ Vmax

18 Stratégies de verdissement Impacts à l échelle pluriannuelle volumes comparés d arrosage estival & du ruissellement de surface annuel 18 (M m 3 ) Reference TVE TVE irr VEG + VEG ++ VEG +++ Arrosage estival Source : Cécile de Munck

19 Stratégies de verdissement Impacts à l échelle pluriannuelle 19 (M m 3 ) Reference TVE TVE irr VEG + VEG ++ VEG +++ Arrosage estival Ruissellement Arrosage compensé par ruissellement? x x Source : Cécile de Munck

20 Conclusions & Perspectives 20 La végétation peut être un levier d action efficace pour réduire l ICU et améliorer le confort thermique en été mais Elle a besoin de grandes quantités d eau pour jouer son rôle de régulateur thermique Elle peut induire un refroidissement en hiver et une surconsommation d énergie En situation de canicule, des stratégies d arrosage des chaussées (peu consommatrices en eau) sont efficaces dans les zones urbaines denses

21 Conclusions & Perspectives 21 La végétation est aussi un levier d action pour une gestion durable des eaux de pluie en milieu urbain Elle permet de diminuer les volumes d eau ruisselés en surface Les TVE permettent de réduire ce ruisellement de 10 % sur une année Les volumes d eau pour l arrosage de la végétation en été pourraient être totalement ou en grande partie fournis par la collecte et le stockage du ruissellement urbain annuel

22 Conclusions & Perspectives 22 Amélioration des modèles numériques Paramétrisation de nouveaux systèmes végétaux urbains (arbres de rue, façades, noues ) Simulations avec la nouvelle version (l hydologie et le sous-sol urbain) Etudes d impact Villes & CC Evolution de villes : étalement urbain et évolution du réseau d eau Usage/Gestion de l eau en ville vs débits des rivières et les nappes

23 23 Questions?? Contact : aude.lemonsu@meteo.fr Colloque annuel PIREN-Seine 5-7 février 2014