Guide d`utilisation de la plateforme ACCLIMAT
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GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Guide d'utilisation de la plateforme ACCLIMAT A l’attention des utilisateurs de la plateforme. Objectif du document Présentation des menus de l’interface Description des scénarios de simulation Présentation des indicateurs Type de document Guide d'explications pour l'utilisation de la plateforme ACCLIMAT Référence au projet Version Date Auteur 0 12/07/12 D Chouillou 1 26/07/12 D Chouillou Modifications Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 1 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Sommaire A. PRESENTATION DU PROJET ACCLIMAT ________________________________ 3 B. LES ELEMENTS DE LA PLATEFORME DE SIMULATION ACCLIMAT _________ 4 Les modèles couplés de simulation___________________________________________________ 5 L'interface de la plateforme ________________________________________________________ Scénarios ______________________________________________________________________ Paramètres de simulation__________________________________________________________ Récapitulatif ___________________________________________________________________ 6 7 8 8 Les modes d'utilisation de la plateforme : « Guidé », « Configurable » et « Développeur » ____ 9 La visualisation des résultats : les indicateurs _________________________________________ 9 C. LES SCENARIOS D'EVOLUTION DE LA VILLE ___________________________ 10 La situation actuelle de Toulouse ___________________________________________________ 10 Les scénarios prospectifs__________________________________________________________ 11 Mode d'utilisation « Guidé » ______________________________________________________ 11 Mode d'utilisation « Configurable » et « Développeur » ________________________________ 16 D. LE CLIMAT ________________________________________________________ 17 Le climat présent ________________________________________________________________ 17 Le climat futur __________________________________________________________________ 17 Mode d'utilisation « Guidé » ______________________________________________________ 18 Mode d'utilisation « Configurable » et « Développeur » ________________________________ 18 E. LA VISUALISATION DES RESULTATS _________________________________ 19 Ensemble des indicateurs _________________________________________________________ 19 Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 2 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA A. PRESENTATION DU PROJET ACCLIMAT Le projet Adaptation au Changement CLIMatique de l'Agglomération Toulousaine ACCLIMAT a pour objectif d’étudier les interactions entre les processus de développement urbain, de micro-climat urbain, et le changement climatique sur l'aire urbaine Toulousaine. Une plateforme de simulation numérique a été crée dans le but : de tester des mesures d’adaptation, d'identifier des leviers d’action, d'évaluer les résultats de mesures envisagées pour adapter la ville au climat futur. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 3 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA B. LES ELEMENTS DE LA PLATEFORME DE SIMULATION ACCLIMAT La plateforme ACCLIMAT se compose de différents éléments. Son fonctionnement tourne autour d’un élément central : les modèles couplés de simulation. Ils effectuent les calculs d’évolution de la ville. Une interface permet de faire des choix de simulation et de lancer le calcul dans les modèles couplés. Les résultats sont visualisables par un logiciel de SIG, une fois la simulation terminée. Figure 1 : Principe de fonctionnement de la plateforme ACCLIMAT Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 4 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Les modèles couplés de simulation Différents modèles de simulation modélisent l'impact du changement climatique et de l'urbanisation sur le climat local et la consommation énergétique: Un modèle d'urbanisation: couplage entre NEDUM (Gusdorf et Hallegatte 2007a,b, Gusdorf et al. 2008) : modèle socio-économique d'expansion urbaine, SLEUTH (Clarke 1992) : modèle d'occupation des sols . En articulant ces deux modèles complémentaires en terme d’échelle et de représentation, il est possible de visualiser les projections d’évolution de la ville sous la forme de cartographie. Des modèles physiques de climat et de bâti : Méso-NH (CNRM et Laboratoire d'Aérologie 1998) : modèle météorologique atmosphérique, SURFEX (CNRM) : modèle d'échange surface-atmosphère, et ses composantes pour les surfaces urbanisées TEB (Masson 2000) et végétales ISBA (Noilhan-Planton 1989, Noilhan-Mahfouf 1996) GENIUS (Bonhomme et Masson 2012): modèle de morphologie urbaine. La plateforme permet de calculer le climat urbain, la consommation énergétique des bâtiments de la ville (climatisation et chauffage) et le confort thermique des habitants. Figure 2 : Les modèles couplés de la plateforme ACCLIMAT Les modèles de simulation sont couplés dans le coupleur PALM (CERFACS 2002). Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 5 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA L'interface de la plateforme L'interface de simulation s'articule sur différents Menus qui permettent de choisir un Scénario de simulation d'évolution de la ville et des Paramètres de simulation, avant de valider ses choix et de lancer la simulation avec le menu « RECAPITULATIF ». Figure 3 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « ACCUEIL » Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 6 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Scénarios Dans le menu Scénarios, il est possible de choisir entre plusieurs scénarios « systémiques » d'évolution de la ville. Les scénarios systémiques reflètent les différentes évolutions futures du « système ville » face à des évènements marquants. Figure 4 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « SCENARIOS » Chaque Scénario Systémique est la conjugaison dans le temps de Scénarios Thématiques : Figure 5 : Articulation entre scénarios systémiques et scénarios thématiques Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 7 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Paramètres de simulation Ce menu permet de choisir les paramètres tels que : le pas de temps d'évolution de la ville : la simulation des modèles urbain s'effectuera par pas de temps imposé de 2010 à 2100 les dates de calcul d'impact et de production de résultats : ces dates correspondent à des moments clés de la simulation, à savoir en début et fin de simulation (2010 et 2100) et lors d'évènements marquants (changement de contexte et/ou de politique en 2040 et en 2070). le climat : il permet de visualiser l'impact du changement climatique sur la ville en offrant la possibilité de simulation avec le climat présent et le climat futur. Figure 6 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « PARAMETRES SIMULATION » Récapitulatif Cette partie de l’interface permet à l’utilisateur de visualiser l’ensemble des choix qu’il a effectué et de les valider. Il peut ensuite lancer le calcul de simulation. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 8 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Les modes d'utilisation de la plateforme : « Guidé », « Configurable » et « Développeur » La plateforme de simulation dispose de plusieurs modes d'utilisation : Mode « Guidé » Il donne accès à des options de simulation prédéfinies qui sont des combinaisons d'évènements cohérents entre eux. Modes « Configurables 1, 2 » et « Mode Développeur » Ils permettent d'accéder à des combinaisons libres d'évènements futurs à différents niveaux de détail. La cohérence entre les évènements n'est cependant pas vérifiée. Ces modes ne sont pas disponibles dans la V1 de la plateforme. La visualisation des résultats : les indicateurs La visualisation des résultats s’effectue en dehors de l’interface, via l’utilisation d’un logiciel SIG ORBISGIS (logiciel open source). Cette visualisation se fait sous forme d'indicateurs prédéfinis. Le choix des dates de calcul des impacts conditionne la production des indicateurs. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 9 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA C. LES SCENARIOS D'EVOLUTION DE LA VILLE Les scénarios systémiques reflètent les différentes évolutions futures du « système ville » face à des évènements marquants. Chaque Scénario Systémique est la conjugaison dans le temps de Scénarios Thématiques dont les thèmes sont les suivant: Grande Tendance (GT) : Politique climatique et économie mondiales Tendance Locale (TL) : Économie locale et ses conséquences sociales (démographie, revenu des ménages, logement...) Aménagement du territoire (AT) : Politique d'aménagement et formes urbaines Adaptation technologique (TECH) : Avancées technologiques en lien avec la qualité énergétique des bâtiments Le détail des scénarios thématiques se situe en ANNEXE. Afin de mieux appréhender le choix d'un scénario de simulation, il est primordial de connaître la situation actuelle de Toulouse. La situation actuelle de Toulouse Toulouse connaît un accroissement rapide depuis les vingts dernières années, notamment grâce à son dynamisme autour de l'activité aéronautique. L'urbanisation ayant été peu contrôlée, cette forte croissance s'est traduite par le développement de zones pavillonnaires, responsables d'un étalement urbain important. La ville s'est longtemps développée sans préoccupation environnementale particulière, affectant l'efficacité des transports en commun et engendrant un engorgement de la ville. Les récentes politiques d'aménagement entreprises ont pour vocation de changer la donne. Figure 7 : Les scénarios thématiques pour la situation actuelle de Toulouse Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 10 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Les scénarios prospectifs Mode d'utilisation « Guidé » Dans le mode d'utilisation de la plateforme « Guidé », seuls les scénarios systémiques prédéfinis suivant sont accessibles. N°1 Réactif Le choc pétrolier provoque brutalement une crise économique dans la ville dont l'activité est centrée autour d'un unique pôle d'excellence. En parallèle, aucune politique climatique volontariste mondiale n'est mise en place. Pour faire face à la nouvelle donne économique, des actions curatives sont entreprises au niveau local : l'urbanisation de la mégalopole est dès lors contrôlée, les nouvelles technologies favorisant les économies d'énergie sont développées à la hâte. Il n'y a cependant pas de véritable réflexion globale et on constate un manque de recul quant à la mise en place d'un développement urbain durable. Figure 8 : Scénario systémique n°1 Réactif Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 11 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA N°2 Réfléchi Le choc pétrolier provoque brutalement une crise économique dans la ville dont l'activité est centrée autour d'un unique pôle d'excellence. Une politique climatique volontariste mondiale a par ailleurs été mise en place auparavant. Elle a permis d'amorcer une véritable réflexion globale sur la gestion des gaz à effet de serre dans la ville. La crise contribue à renforcer cette dynamique. D'une mégalopole contrôlée, la ville devient une capitale régionale archipel agréable à vivre. Elle est plus efficace dans la lutte contre le réchauffement climatique grâce notamment à une politique forte d'optimisation des déplacements. Les transports en commun sont efficaces et privilégiés par la population, et la durée des déplacements est limitée. Les nouvelles technologies favorisant les économies d'énergie sont développées de manière optimale et vertueuse. Figure 9 : Scénario systémique n°2 Réfléchi Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 12 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA N°3 Dynamique Le faible impact du choc pétrolier permet à la ville dont l'activité est initialement centrée autour d'un unique pôle d'excellence, d'éviter la crise économique. L'économie a ainsi le temps de s'adapter, elle se diversifie autour de pôles de complémentarité. Une politique climatique volontariste mondiale a par ailleurs été mise en place auparavant. Elle a permis d'amorcer une véritable réflexion globale sur la gestion des gaz à effet de serre dans la ville. La mégalopole est contrôlée et s'en tient aux strictes exigences mondiales en matière de lutte contre l'effet de serre. Les politiques environnementales ne constituent pas une priorité. Les nouvelles technologies favorisant les économies d'énergie sont toutefois développées de manière optimale et vertueuse au lendemain du choc pétrolier. Figure 10 : Scénario systémique n°3 Dynamique Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 13 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA N°4 Vert Le faible impact du choc pétrolier permet à la ville dont l'activité est initialement centrée autour d'un unique pôle d'excellence, d'éviter la crise économique. L'économie a ainsi le temps de s'adapter, elle se diversifie autour de pôles de complémentarité. Une politique climatique volontariste mondiale a par ailleurs été mise en place auparavant. Elle a permis d'amorcer une véritable réflexion globale sur la gestion des gaz à effet de serre dans la ville. Des initiatives locales sont entreprises pour aller au delà des exigences mondiales. D'une mégalopole contrôlée, la ville devient une capitale régionale archipel éco-bioclimatique. Elle est plus efficace dans la lutte contre le réchauffement climatique grâce notamment à une politique forte d'optimisation des déplacements. Les transports en commun sont efficaces et privilégiés par la population, et la durée des déplacements est limitée. L'urbanisation archipel est ainsi adoptée pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Les nouvelles technologies favorisant les économies d'énergie sont développées de manière optimale et vertueuse. Figure 11 : Scénario systémique n°4 Vert Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 14 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA N°5 Néfaste En l'absence de politique climatique volontariste mondiale et malgré un faible choc pétrolier, la ville dont l'activité est centrée sur un unique pôle d'excellence, est touchée de plein fouet par la crise économique. Cette mégalopole non contrôlée et tentaculaire n'a par conséquent pas les moyens de s'adapter ni de mettre en place une politique de réduction des gaz à effet de serre. Le faible impact du choc pétrolier provoque davantage de conséquences dramatiques, par manque d'anticipation des autorités publiques. Au lendemain du choc pétrolier, la ville subit une crise climatique sans précédent. Figure 12 : Scénario systémique n°5 Néfaste Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 15 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA N°6 Passif En l'absence de politique climatique volontariste mondiale, la crise économique est évitée notamment grâce à la conjugaison d'un faible choc pétrolier et d'une économie diversifiée autour de pôles de complémentarité. Cela lui permet d'engager des actions curatives superficielles afin d'éviter une crise climatique. La mégalopole non contrôlée et tentaculaire le reste après le choc pétrolier. Figure 13 : Scénario systémique n°6 Passif Mode d'utilisation « Configurable » et « Développeur » Dans les modes « Configurable » et « Développeur », il est possible de créer de nouveaux scénarios systémiques en effectuant différents choix de scénarios thématiques. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 16 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA D. LE CLIMAT Le choix du climat, présent ou futur, permet d'analyser les impacts de l'urbanisation et du réchauffement climatique sur la ville par rapport aux conditions existantes. Le climat présent Le climat présent permet en premier lieu de simuler la ville présente. Cette simulation sert de cas de référence pour analyser les anomalies avec d'autres simulations. Le climat présent peut également être utilisé pour les villes futures. Il permet de mettre en évidence la contribution de la surface aux réchauffement des bases couches de l'atmosphère. Seul l'impact de l'urbanisation sur le climat urbain est ainsi visualisé. Le climat futur Les simulations du climat futur sont liées à : des Scénarios d'émission de gaz à effet de serre: Ils sont plus ou moins optimistes en fonction d'hypothèses sur les contextes politique, social, culturel et éducatif mondiaux. Les politiques mondiales actuelles de réduction des GES ne sont pas incluses (ex : protocole de Kyoto). des Modèles de climat: Ils simulent le climat en fonction de la concentration en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ils sont le fruit de différents projets de recherche. Figure 14 : Processus de calcul du climat futur Le détail des simulations de climat se situe en ANNEXE. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 17 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Mode d'utilisation « Guidé » Le climat futur est issu d'un ensemble de scénarios d'émission de GES et de plusieurs modèles climatiques (prise en compte d'une fourchette d'incertitudes). Figure 15: Processus de calcul du climat futur en mode « guidé » Mode d'utilisation « Configurable » et « Développeur » Il permet de prendre en compte les variations de résultat en fonction des scénarios d'émission de GES et entre les modèles de climat. Le climat futur avec incertitude sur les modèles de climat : Ce climat est calculé à partir d'un unique scénario d'émission de GES avec plusieurs modèles climatiques. Figure 16: Processus de calcul du climat futur avec incertitudes sur les modèles de climat Le climat futur avec incertitude sur les scénarios d'émission de GES : Ce climat est calculé à partir de plusieurs scénarios d'émission de GES avec un unique modèle climatique. Figure 17: Processus de calcul du climat futur avec incertitudes sur les scénarios d'émissions de GES Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 18 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA E. LA VISUALISATION DES RESULTATS La visualisation des résultats s’effectue en dehors de l’interface ACCLIMAT via l’utilisation d’un logiciel SIG ORBISGIS (logiciel open source). Cette visualisation s'effectue à l'aide d'indicateurs prédéfinis. Ensemble des indicateurs Thèmes Climat Force du vent Confort de l'habitant Socio économie Confort thermique Densité de population Énergie Environnement Aménagement du territoire Consommation énergétique pour la climatisation Jardin Privatif Age des bâtiments Températures extrêmes Surface du logement Densité de bâti Consommation énergétique de chauffage Consommation d'eau liée à l’arrosage Type d'îlot Ilot de chaleur urbain Habitant ayant un jardin privatif Coût des loyers Consommation énergétique totale Toitures végétales Type de chauffage Temps de transport Coût du transport Bâtiment climatisé Rejet de CO2 Hauteur des bâtiments Fréquentation des transports en commun Coût de la vie Toitures pourvues de panneaux photovoltaïques Surface d'espace végétal public par habitant Surface artificialisée Répartition des secteurs d'activité (emploi, habitat,...) Production d’énergie photovoltaïque Surface consommée par l'arrivée de nouveaux habitants Puissance électrique appelée Taux de renouvellement du parc urbain Bilan énergétique (consommation – production) Le détail de chaque indicateur sous forme de fiche se situe en ANNEXE. Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 19 GAME - AUAT - CERFACS ENM-CIRED - GEODE GRECAU - IMT - ONERA Table des figures Figure 1 : Principe de fonctionnement de la plateforme ACCLIMAT .................................................... 4 Figure 2 : Les modèles couplés de la plateforme ACCLIMAT .............................................................. 5 Figure 3 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « ACCUEIL » .............................................. 6 Figure 4 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « SCENARIOS » ......................................... 7 Figure 5 : Articulation entre scénarios systémiques et scénarios thématiques ........................................ 7 Figure 6 : Interface de la plateforme ACCLIMAT, menu « PARAMETRES SIMULATION »............ 8 Figure 7 : Les scénarios thématiques pour la situation actuelle de Toulouse ........................................ 10 Figure 8 : Scénario systémique n°1 Réactif .......................................................................................... 11 Figure 9 : Scénario systémique n°2 Réfléchi ........................................................................................ 12 Figure 10 : Scénario systémique n°3 Dynamique ................................................................................. 13 Figure 11 : Scénario systémique n°4 Vert ............................................................................................. 14 Figure 12 : Scénario systémique n°5 Néfaste ........................................................................................ 15 Figure 13 : Scénario systémique n°6 Passif .......................................................................................... 16 Figure 14 : Processus de calcul du climat futur ..................................................................................... 17 Figure 15: Processus de calcul du climat futur en mode « guidé » ....................................................... 18 Figure 16: Processus de calcul du climat futur avec incertitudes sur les modèles de climat................. 18 Figure 17: Processus de calcul du climat futur avec incertitudes sur les scénarios d'émissions de GES ....................................................................................................................................................... 18 Annexe 1 : les scénarios thématiques d'évolution de la ville Annexe 2 : les simulations du climat futur Annexe 3 : les fiches indicateur Le projet ACCLIMAT a bénéficié d’une aide de la Fondation de Coopération Scientifique STAE Toulouse Page 20
