conseil supérieur de la météorologie - Météo

MINISTÈRE DE L’ECOLOGIE, DU DEVELOPPEMENT DURABLE ET DE L’ENERGIE
CONSEIL SUPÉRIEUR DE LA MÉTÉOROLOGIE
Secrétariat permanent : 73 avenue de Paris, 94165 Saint-Mandé Cedex
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CSM/SP/EE/N° 2015-1
COMPTE-RENDU DE LA REUNION
COMMISSION "ENVIRONNEMENT-ENERGIE"
DU 20/03/2015
Participants (Saint Mandé)
Carole Bellevaux – Météo-France, correspondante de la commission
Gilles Dixaut – président de la commission santé
Laurent Dubus – EDF R&D
Véronique Eudes – Laboratoire Central de la Préfecture de Police de
Paris
Michel Jouan – RNSA, membre de la commission santé
Raphaëlle Kounkou-Arnaud – Météo-France, secrétaire de la
commission
Marc Larzilière – CITEPA
Jean-Pierre Mac Veigh – Météo-France, secrétaire permanent du CSM
Patrice Mestayer – IRSTV et ASQA Poitou-Charentes
Marjorie Musy – école d’architecture de Nantes et IRSTV
Nathalie Poisson – ADEME
Laurence Rouïl – INERIS, présidente de la commission
Amandine Rousseau – AirParif
Agnès Tamburini – Météo-France (DIRCE/EC)
Participants (Toulouse)
Sylvie Guidotti – Météo-France (DP/Serv/Env)
Sophie Martinoni – Météo-France (DP/Serv/BEC)
Mathieu Sorel – MF (DP/SERV/BEC)
Joël Stein – Météo-France (DP/DPrevi/COMPAS)
***
OUVERTURE DE LA REUNION
La réunion est ouverte par Laurence Rouïl, présidente de la commission « Environnement-Energie »
après un rapide tour de table des participants. Les membres de la commission « santé » du CSM ont
été invités à y participer.
1 – « Modélisation des interactions bâtiment-climat à l'échelle du quartier : les travaux menés à
l'IRSTV », par Marjorie Musy (IRSTV)
Les diapositives de la présentation sont dans le fichier annexe 1.
Marjorie Musy est chercheur au Laboratoire de l’Ecole d’architecture de Nantes
(CRENAU/CERMA) et directrice adjointe de l’IRSTV (Institut de Recherche en Sciences et
Techniques de la Ville). Sa spécialité de recherche est l’interaction environnement urbain/bâtiment.
L’IRSTV est une fédération de recherche CNRS qui regroupe 15 établissements, soit plus de 20
laboratoires, entités CNRS et universités. Cela permet d’aborder des thématiques très différentes au

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travers des différents pôles de recherche (sols urbains, environnement sonore urbain, ville et image,
observatoire nantais de l’environnement urbain (ONEVU qui s’intéresse particulièrement à la
mesure), géo connaissance urbaine, micro climatologie urbaine et énergie, projets urbains durables,
biodiversité urbaine).
En termes de modélisation, deux approches coexistent à l’IRSTV, basées sur les modèles SOLENE-
microclimat et EnvibatE.
1. SOLENE-microclimat
C’est avant tout un outil de recherche.
Le modèle SOLENE est à l’origine un modèle radiatif (développé il y a 30 ans) à partir d’une
géométrie quelconque. L’ajout de la thermique des surfaces et du bâtiment ainsi qu’un couplage
avec l’atmosphère autour du bâtiment permet d’aboutir à SOLENE-microclimat.
Les différentes applications de SOLENE ont trait à la morphologie, l’ensoleillement et la lumière.
Pour SOLENE-microclimat, il s’agit de thermique, micro-climatologie et confort extérieur,
adaptation climatique et consommation énergétique des bâtiments et confort intérieur, en prenant en
compte l’environnement urbain.
Une première phase de validation a eu lieu en 2008 (thèse) et le modèle a été utilisé dans de
nombreux projets de recherche ou expertises (notamment dans le cadre du quartier de la
Confluence à Lyon pour le calcul d’albédos des quartiers afin de mettre en évidence l’impact
climatique de l’aménagement sur les quartiers).
Principe
On part d’un modèle géométrique de base (surface 3D) qui représente des surfaces réalistes en
terme de modélisation urbaine, auquel on adjoint un modèle radiatif (calcul des rayonnements
solaire et diffus, inter-réflexions entre les surfaces et bilan de rayonnement infrarouge) et un modèle
thermique. Celui-ci s’applique au départ à l’échelle du bâtiment et non du quartier et permet la
représentation du bâtiment par étage si on s’intéresse à la thermique du bâtiment, mais une
modélisation microclimatique est également possible. Enfin, un modèle aérodynamique peut
s’ajouter via le code Saturne (aspect encore en évolution et les travaux sont en cours avec des
développeurs d’EDF). Le principe s’appuie sur la mécanique des fluides, mais utilisée de manière
simplifiée.
Le couplage entre les trois modèles se fait au niveau de la température de surface radiative des
parois.
Les mécanismes de transport/diffusion de température suffisent pour la problématique de confort
thermique à l’échelle du bâtiment mais restent un peu limités si on s’intéresse au confort thermique
dans des espaces plus confinés.
Différents modules ont été ajoutés à SOLENE-microclimat lors de thèses :
- Modélisation des toitures et façades végétales avec une modélisation des couches de substrat
relativement simple ;
- Modélisation des arbres : représentation d’un volume dans lequel on calcule des bilans ;
- Modélisation de bassins d’eau : pour de fines couches d’eau en ce qui concerne la partie
évaporative. Ce module est à retravailler pour les études d’impacts du changement
climatique ;
- Modélisation des sols naturels ;

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- Ainsi que plusieurs indices de confort (évolution avec les modèles de confort extérieur :
température radiante moyenne, température opérative, PET, PMV, UTCI).
Validation
Le modèle SOLENE-microclimat a été validé grâce à des campagnes de mesure :
- Comparaison avec des mesures aéroportées (caméra infrarouge) collectées lors de la
campagne Capitoul à Toulouse (thèse A. Hénon). On a remarqué des problèmes de
représentation des surfaces dans le modèle mais on a un bon ajustement malgré cela ;
- Comparaison avec des mesures collectées lors de la campagne FLUXSAP2010 à Nantes
dans le cadre du projet VEGDUD avec des mesures dans les sols, toits et façades :
l’approche du bâtiment et le modèle de sol ont ainsi pu être validés, avec des valeurs de
paramètres simulés correctes par rapport aux mesures effectuées dans les murs et dans le
sol ;
- Comparaison avec des mesures de l’HEPIA à Genève.
Applications
Les applications sont multiples :
- Expertise au niveau de quartiers urbains :
o Par exemple, simulation du facteur de vue du ciel (sky view factor) pour déterminer
la qualité de l’éclairage naturel des bâtiments  C’est ce qui a été réalisé pour la 1
ère
phase de l’étude « Lyon Confluence » ;
o Calculs morphologiques, de densité, de compacité, d’orientation (à grande échelle
sur des quartiers), de captage solaire par les façades (impact des masques,
orientation)  Cela permet de voir l’effet des formes des bâtiments dans les
quartiers ;
o Analyses classiques pour la maîtrise d’ouvrage dans les projets urbains et qui ne sont
pas proposées par les bureaux d’études classiques : calcul d’albédos, calcul des
apports solaires et des inter-réflexions pour le calcul de potentiel solaire.
- Travaux sur un bâtiment dans son environnement urbain :
o Calcul de consommation d’énergie sans prise en compte de l’environnement puis
avec et en considérant plusieurs types d’environnement ;
o Impact des façades et toitures végétales sur le confort thermique dans un
bâtiment non isolé avec les effets directs du végétal sur le bâtiment et les effets
indirects si le végétal est au sol ou sur d’autres bâtiments. Il en ressort que la
présence de végétation autour du bâtiment conduit à une amélioration du confort
thermique ; la présence de végétation sur les toitures a un effet sur le confort
thermique au dernier étage mais faible sur les autres étages ; la présence de
végétation en façade a un bon effet sur le confort thermique et le cumul de ces
présences de végétation a certes un effet mais pas extraordinaire, qui peut virer à
l’inconfort si l’été est frais (exemple de l’été 2010) !
o Cas d’un bâtiment isolé : il n’y a quasiment plus d’impact.
o Etudes de sensibilité sur une rue canyon aux formes urbaines plus académiques :
hiérarchisation de différents types de végétalisation sur différentes typologies de
bâtiments (différences entre un bâtiment isolé ou non ; avec une façade vitrée ou
non, etc.), hiérarchisation de différents types de végétalisation pour le confort
thermique dans la rue (importance des arbres), etc.

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Limites
Les principales limites de SOLENE-microclimat sont :
- l’interopérabilité avec d’autres acteurs ;
- le calcul d’un seul bâtiment ;
- l’absence de réelles situations convectives.
2. EnvibatE
Cet outil est développé en parallèle de SOLENE-microclimat à l’Université de La Rochelle et à
partir du modèle SOLENE. Le but est de travailler avec de grands quartiers d’où une simplification
de la thermique du bâtiment.
Applications
On peut déterminer par exemple les besoins en chauffage par étage. Le calcul est très affiné sur les
bâtiments mais simplifié sur l’environnement.
Limites
Cet outil en est encore à une phase exploratoire, mais il présente un grand potentiel :
- Possibilité de travailler sur de grands quartiers ;
- Approche possible en termes de réseaux de chaleur ;
- Prise en compte de l’environnement ;
- Smart Cities.
Marjorie Musy est joignable à l’adresse : Marjorie.mus[email protected]
Questions/Réponses
Q1 : M. Larzilière demande la définition de l’indice de confort utilisé.
Il s’agit de l’indice UTCI. Il permet de déterminer une température en prenant en compte
l’environnement par le biais du calcul d’une température d’environnement qui donnerait la même
sensation de stress thermique. L’approche actuelle consiste donc à redonner des températures
équivalentes alors qu’auparavant (dans les années 1960) on travaillait avec un bilan énergétique du
corps et on recalait les lois idoines en fonction des différentes situations possibles.
Q2 : L. Rouïl se pose la question de l’exploration du développement des énergies nouvelles dans la
ville, notamment le photovoltaïque.
Cet aspect rejoint la tâche 51 de l’International Energy Agency (« Solar energy in urban
planning » : http://task51.iea-shc.org/) sur la place de l’énergie solaire dans la ville, en particulier le
photovoltaïque, avec une orientation plutôt « urban planing ». Il y a effectivement une demande sur
ces questions. Les interactions climat/photovoltaïque sont notamment étudiées à cause des effets
locaux du réchauffement qui sont différents par confinement. Des modèles de panneaux ventilés
sont à coupler mais des limites perdurent en termes de modélisation de mécanique des fluides. Une
thèse sur ces thématiques est en cours avec l’Université de La Réunion.
Q3 : M. Jouan demande si, en plus de traiter de l’environnement extérieur du bâtiment, on s’intéresse
aux phénomènes internes tels que la ventilation.
La ventilation existe dans le modèle mais elle est imposée. Elle pourrait être modélisée mais ça
n’est pas à l’heure actuelle dans les objectifs du modèle. On prend en compte l’effet de l’air

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extérieur sur les bâtiments ainsi que l’effet des rejets, notamment ceux liés à la climatisation. Avec
la prise en compte de la ventilation, si on végétalise le bâtiment, l’air est plus humide à cause de la
chaleur latente, donc si on consigne par exemple la ventilation à 50 %, on augmente dans ce cas le
besoin en climatisation.
Q4 : G. Dixaut fait la remarque que la température de l’air dans la rue peut augmenter jusqu’à 2 °C
avec un usage intensif de la climatisation (projet Clim2 :
http://www.cnrm-game.fr/spip.php?article370).
Effectivement, il faut bien prendre en compte les rejets de chaleur liés à la climatisation dans la rue
pour prendre en compte cet effet d’augmentation de la température (de 1 à 2 °C).
Q5 : P. Mestayer insiste sur le fait qu’il faut d’abord isoler avant de climatiser (cf. exposés de Valéry
Masson en novembre 2013 et mars 2014).
Q6 : L. Rouïl demande si l’IRSTV entretient des liens particuliers avec Météo-France.
Le projet Vegdud* a été réalisé en partenariat avec Météo-France. Des approches similaires sont
effectuées, et des travaux sur la modélisation des toitures et façades végétales ont été menés
conjointement, utilisant TEB et SOLENE-microclimat. On peut citer la détermination par l’IRSTV
de paramètres de formes à l’échelle du quartier pour caractériser les albédos pour des modèles de
grande échelle. L’IRSTV suit également le travail de thèse d’E. Redon, encadrée par Valéry
Masson au CNRM ("Modélisation de la végétation urbaine comme régulateur thermique et de la
gestion des ressources en eau associées") qui reprend le modèle de végétation dans la rue,
notamment les arbres. La modélisation se fait avec SOLENE microclimat pour la représentation des
arbres et une comparaison avec TEB est effectuée. Il s’agit également de voir comment utiliser des
modèles à petite échelle pour paramétrer des modèles à plus grande échelle : une étude de
sensibilité afin de déterminer les paramètres influents est effectuée. Enfin, un des buts est également
de pouvoir paramétrer la répartition des arbres dans les rues dans TEB.
*Voir les sites :
http://www.cnrm-game.fr/spip.php?article240
http://www.irstv.fr/fr/recherche/contrats-de-recherche/acheves/40-vegdud
Q7 : G. Dixaut demande quel est l’effet de l’albédo des surfaces urbaines sur le bilan énergétique du
bâtiment.
Ceci se fait avec EnvibatE. Intuitivement, l’effet de l’isolation extérieure est de garder le frais ; en
fait, en journée, la température monte plus rapidement mais le bâtiment se refroidit également plus
vite la nuit. Il faut faire attention avec les modifications d’albédos des bâtiments alentours car si un
bâtiment renvoie plus de rayonnement, les bâtiments à proximité sont susceptibles d’en absorber
plus (cf. thèse d’Adrien Gros) donc de s’échauffer davantage.
Q8 : P. Mestayer ajoute que si l’on augmente l’albédo des rues, il y a un réchauffement de l’intérieur
du bâtiment par réflexion selon le taux de vitrage, l’orientation du bâtiment, etc. Il n’y a pas de
réponse simple à ces modifications d’albédos.
2 – « Les systèmes opérationnels de prévision numérique du temps de Météo-France », par Joël Stein
(DP/DPREVI/COMPAS)
Les diapositives de la présentation sont dans le fichier annexe 2.