Contribution à la génération de bases de données multi-scalaires et évolutives pour une approche pluridisciplinaire de l'énergétique urbaine Contribution to the generation of multiscalar and evolutionary databases for a multidisciplinary approach to urban energy En Fr

Résumé En Fr

For many years, research projects attempt to address the issues of city, climate and energy throughout their disciplinary complexity: resources consumption, pollution, microclimate, energy production and consumption, use, etc. However, there are few works that combine enough disciplines to assess the complex interactions of urban systems. One of the reasons of this situation is the lack of databases adapted to the multiple purposes of these fields. Therefore, in this thesis, we propose to develop a method and a tool to generate multi-scalar urban databases. The model we designed is GENIUS (GENerator of Interactive Urban blockS). The first goal of GENIUS is to produce data that are accurate for different spatial scales involved in urban energy. Thus, we choose a typological representation of the city to cover a large area while providing a high level of detail. A statistical analysis of the buildings of two case studies, Paris and Toulouse, allows us to identify, locate and characterize seven types of neighbourhoods. The technical characteristics of buildings are defined according to their ages and types of neighbourhood. The second goal of GENIUS is to enable these data to evolve over time to combine the different time scales involved in any multidisciplinary study. We chose to couple our model to an existing urban expansion model, our model being complementary in terms of urban form. We must operate a downscaling based on the data produced by this urban expansion model and on mechanisms of urban morphologies evolutions.Finally, we present applications of GENIUS and in particular, two research projects, MUSCADE and ACCLIMAT, that address interactions between climate change and urban development. In these projects, GENIUS allows communication among models working at various time and space scales, and simulates possible changes in urban form and their impacts on urban energy.

Depuis plusieurs années, la recherche tente de considérer les questions de la ville, du climat et de l’énergie dans toute leur complexité : consommations des ressources, pollution, microclimat, production et consommation d’énergie, usage, etc. Cependant, rares sont les travaux qui convoquent suffisamment de disciplines pour rendre compte des interactions complexes entre systèmes urbains. L’une des raisons à cela réside dans le manque de bases de données adaptées à ces multiples domaines. Dans cette thèse, nous nous proposons de développer une méthode et un outil générant des bases de données urbaines multi-scalaires. Le modèle que nous avons conçu a été baptisé GENIUS, pour GENérateur d’Ilots UrbainS. Le premier objectif de GENIUS est de produire des données adaptées aux différentes échelles spatiales de l’énergétique urbaine. Pour cela, nous choisissons une représentation typologique de la ville permettant de couvrir un large territoire tout en fournissant un niveau de détail élevé. Une analyse statistique des bâtiments sur deux cas d’études, Paris et Toulouse, nous permet d’identifier, de localiser et de caractériser sept types de quartiers. Nous attribuons ensuite des caractéristiques techniques aux bâtiments de ces villes en fonction de leur date de construction et du type de quartier dans lequel ils se situent. Le deuxième objectif de GENIUS est de faire évoluer ces données dans le temps afin de tenir compte des différentes échelles temporelles impliquées dans toute étude pluridisciplinaire. Nous avons pour cela fait le choix de coupler notre modèle à un modèle prospectif existant afin d’y apporter de la précision en terme de forme urbaine. Notre travail consiste ainsi en une descente d’échelle à partir, d’une part, des données produites par ce modèle prospectif et, d’autre part, de mécanismes d’évolutions des morphologies urbaines. Finalement, nous présenterons des applications de GENIUS et en particulier, deux projets de recherche, MUSCADE et ACCLIMAT, ayant pour objet les interactions entre changement climatique et développement urbain. Dans le cadre de ces projets prospectifs et pluridisciplinaires, GENIUS a permis de faire communiquer des modèles travaillant sur des échelles de temps et d’espaces différentes, et de simuler les évolutions possibles des formes urbaines et leur impact sur l’énergétique urbaine.