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Planification de la transition énergétique

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Les maquettes numériques de ville offrent de formidables outils pour coordonner les différents acteurs et initiatives autour de la transition énergétique.

Consommation des bâtiments de la ville de Ferrara - source: projet Sunshine

Consommation des bâtiments de la ville de Ferrara - source: projet Sunshine

Elles permettent de comparer et décider des meilleures stratégies bas-carbone, puis de monitorer leur progression au fil des années pour atteindre l'objectif final : la neutralité carbone en 2050 pour la France et 21 autres pays (feuille de route approuvée à la COP22).

Basé sur ces modèles, les preneurs de décisions ont entre leurs mains toute une batterie de simulations et d'analyses interconnectées, utiles pour chaque phase du plan de transition énergétique :

Ces analyses qui s'appliquent à l'échelle urbaine, voire régionale, ont une granularité très fine (chaque bâtiment est modélisé individuellement de facon réaliste) et des résultats particulièrement fiables si les données utilisées sont de bonne qualité. Cela rend possible la rencontre de considérations macro (plan à l´échelle du quartier ou de la ville, évolution du mix énergétique) et micro (rénovation individuel de logement, installation de panneaux solaire sur le toit, connection au réseau de chaleur).

Pour la transition énergétique, le résultat importe tout autant que le chemin pour l'atteindre. En particulier pour les scénarios de rénovation énergétique des bâtiments, l'impact de différents taux de rénovation (pourcentage de bâtiments rénové par an) ainsi que différentes priorités de rénovation (en fonction de l'âge, de la consommation de chaleur, du potentiel d'économies d'énergie du bâtiment, ou de la pauvreté énergétique) pourront être comparés.

Enfin, l'acceptation et l'implication dans cette réflexion des différents acteurs urbains, dont les populations, est essentielle. Différents outils collaboratifs permettant de s'immerger dans ces maquettes numériques de ville et ainsi visualiser la transition énergétique pourront être utilisés : touchtable, interface web 3D, réalité augmentée etc.

Prérequis: Maquette numérique de ville (LoD2 au moins), données sur l'état énergétique des bâtiments et des systèmes.

Initiatives & contacts

Plan Énergie Climat Territoire du Comté de Ludwigsburg

  • Klimaschutzkonzept (Plan Énergie Climat Territoire) des 32 communes du Comté de Ludwigsburg (500.000 habitants)
  • Partenaires : HFT Stuttgart, Drees & Sommer, Landkreis Ludwigsburg
  • Contacts : Volker Coors, Romain Nouvel (HFT Stuttgart).

Rotterdam:

  • Estimation des besoins de chaleur, émission CO2 et scénarios de rénovation de ~1000 bâtiments du quartier Bospolder de Rotterdam (Rapport).
  • Partenaires : HFT Stuttgart, City of Rotterdam
  • Contacts : Romain Nouvel, Volker Coors (HFT Stuttgart)

Estimation des besoins thermiques urbains

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Alliant données spatiales et sémantiques, les maquettes numériques de ville offrent un excellent support au calcul des besoins de chauffage et de froid des bâtiments à l'échelle urbaine, donnant une estimation par bâtiment bien plus fiable et réaliste que la méthode traditionnelle basée sur les cartes 2D-SIG.

Besoins spécifiques de chaleur dans un quartier de Ludwigburg - source : HfT Stuttgart

Ils permettent en particulier de calculer individuellement les orientation des facades et volumes de chaque bâtiment, informations essentielles pour la modélisation thermique des bâtiments. Les données collectées sur la construction des fassades, toit et fenêtre, ainsi que sur l'usage du bâtiment peuvent y être stockées, via le modèle d'information urbain CityGML Energy ADE. Les données manquantes sont quant à elle généralement estimées en fonction du type et de l'âge du bâtiment, via des librairies spécialisées.
 
L'incertitude sur l'estimation des besoins de chaleur des bâtiment dépend directement de la qualités des informations collectées. Une étude comparant simulation et mesures de consommation de chaleur a révélé des déviations de l'ordre de 20% ou moins lorsque des données sémantiques riches étaient collectées, et au-delà de 30% sinon.
 
Au delà du simple fait de modéliser l'état thermique existant des bâtiments, cette méthodologie permet aussi de prédire les économies d'énergie liées à des opération de rénovation à l'échelle urbaine, que ce soit à l'échelle du quartier, de la ville, voire de la région.

Prérequis : Maquette numérique de ville (LoD1 ou LoD2 généralement), fonction et âge de chaque bâtiment, opération de rénovation énergétique, bâtiments vacants.

Initiatives & liens

SIMSTADT, Plateforme de simulation énergétique urbaine

  • Quelques applications pour des quartiers de Karlsruhe, Ludwigsburg et Rotterdam, entre 200 et 1000 bâtiments.
  • Estimation des besoins de chaleur, émission CO2 et scénarios de rénovation de ~1000 bâtiments du quartier Bospolder de Rotterdam (Rapport), dans le cadre du projet Européen Music.
  • Contacts : Romain Nouvel, Volker Coors (HFT Stuttgart).

Plan Énergie Climat Territoire du Comté de Ludwigsburg

  • Klimaschutzkonzept (Plan Énergie Climat Territoire) des 32 communes du Comté de Ludwigsburg (500.000 habitants)
  • Partenaires : HFT Stuttgart, Drees & Sommer, Landkreis Ludwigsburg
  • Contacts : Volker Coors, Romain Nouvel (HFT Stuttgart).

"Citywide urban building energy model" de Boston

  • Estimation des demandes horaires de gaz et électricité de chacun des 100.000 bâtiments de la ville de Boston
  • Contacts : Christoph Reinhart, Carlos Cerezo (MIT).

Projet Sunshine

 

(Pré-)certification énergétique du parc immobilier

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Les diagnostiques de performance énergétique (DPE) sont en France comme dans la plupart des pays Européens obligatoires pour tout logement à vendre ou à louer. Ils consistent en particulier en une étiquette énergie allant de A et G sur une échelle de performance énergétique du logement. Concrètement, un professionnel certifié (Afnor etc.) vient sur place, vérifie le mode de construction, note quelques informations sur le positionnement et la géométrie du bâtiment (mitoyenneté, orientation, disposition des ouvertures), les équipements de chauffage et de ventilation, et rentre tout cela dans son logiciel accrédité qui va généré une note entre A et G, plus ou moins fiable selon la précision des informations données (fonction du temps limité du diagnostiqueur).

Energy Atlas Berlin - source: TU Berlin

Energy Atlas Berlin - source: TU Berlin

Les maquettes numériques de ville n'ont pas vocation à remplacer ces diagnostiqueurs mais peuvent leur offrir des informations précises et un gain de temps précieux, leur fournissant la géométrie exacte du bâtiment (ainsi que l'emplacement des fenêtres pour des modèles de bâtiment LoD3 ou plus) et certaines informations comme l'année de construction /rénovation du bâtiment. Basée sur les données disponibles, une pré-certification énergétique utilisant le moteur de calcul normatif du DPE pourra être réalisé, sans valeur légale mais qui pourra être affiné par le diagnostiqueur en collectant des informations additionelles ciblées.

Aux Pays-bas, cette démarche de pré-certification est appliqué à tous les bâtiments du pays, qui recoivent systématiquement un "energielabel", rendu public via un SIG online.  Si aucun diagnostiqueur n'est venu vérifier le niveau énergétique du bâtiment, ce label sera fonction simplement du type et de l'âge du bâtiment, sous-estimant en général l'efficacité réelle du bâtiment pour encourager les propriétaires à réviser cette note par défaut en faisant appel à un professionnel.

Prérequis: Maquette numérique de ville (LoD2 au moins), données de construction (possiblement déduisible de l'âge et le type de bâtiment) et systèmes énergétiques.

Initiatives & contacts

Plateforme de simulation énergétique urbaine SimStadt

  • Quelques applications pour des quartiers de Karlsruhe, Ludwigsburg et Rotterdam, entre 200 et 1000 bâtiments.
  • L'algorithme de calcul thermique reprend le bilan thermique mensuel de la norme allemande DIN V 18599, équivalent de la norme internationale ISO 13790
  • Contacts : Romain Nouvel, Volker Coors (HFT Stuttgart)

Projet Sunshine

  • Webportal (lien anglais, requiert une version récente de java)
  • L'algorithme de calcul thermique reprend le bilan thermique mensuel de la norme internationale ISO 13790
  • Coordinateur : Raffaele de Amicis (Fondazione Grapitech)

Energy Atlas Berlin