Planification de la transition énergétique

Posted on 8 décembre 201618 janvier 2017

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

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 :

Diagnostique des besoins thermiques et prédictions d'économies d'énergie liés à la rénovation des bâtiments,
identification des potentiels d'énergie solaire
intégration d'énergies renouvelables,
comparaison de systèmes énergétiques centralisés et décentralisés,
calcul des émissions CO2 liés à ces consommations et aux énergies grises,
estimation des coûts (investissement et coûts globaux).

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)

Tracé et dimensionnement optimisé de réseaux de chaleur urbains

Posted on 8 décembre 201618 janvier 2017

Le procédé de planification ou d'extension de réseau de chaleur urbain commence généralement par une analyse des potentiels de besoin de chaleur. S'ensuit le tracé du réseau généralement à la règle le long de rues principales. Ensuite vient le concept de production de chaleur qui couvrira les besoins (avec un confortable facteur de surdimensionnement), pour finir sur l'optimisation du tout et en particulier des coûts.

Ce procédé (quasi)-centenaire est encore très fragmenté, mêlant des outils de calcul très divers, une gestion de données "semi-manuelle", des décisions ~~au doigt mouillé~~ basées sur l'expérience. A celà s'ajoute des inconnues telles que : quelle proportion des foyers se connecteront au réseau ? Quelle proportion des bâtiments seront rénovés (et verront donc leur besoin de chaleur baissé drastiquement) les prochaines années? Est-ce que la demande de chaleur sera toujours assez forte le long du réseau? Du fait de cette complexité, les opérateurs de réseau de chaleur se bornent aux centres villes, si possible proche de bâtiments énergivores, pour être certain d'assurer leur rentabilité. Alors que plusieurs projets ont prouvé leur rentabilité à connecter des quartiers de maisons passives et basse consommation.

Les maquettes numériques de ville représentent une nouvelle génération d'outils de planification, plus automatique et intégrée que la méthode traditionnelle, capable de trouver des solutions quasi-optimales aux problèmes posés.

Les maquettes numériques CityGML regroupent en particulier les modèles de bâtiments, de terrain et sous-terrain, de transport (sinon importable depuis openstreetmap) et bientôt des modèles de réseaux urbains (Thematic Module UtilityNetwork à venir dans la nouvelle version CityGML 3.0). La 3D permet de modéliser précisément le parcours du réseau dans le sous-sol, prenant en compte les autres réseaux souterrains ainsi que la géologie locale.

En combinant les besoins thermiques géo-localisés calculés précisément pour chaque bâtiment, un plan des rues digitalisé et quelques paramètres de coût et contraintes bien senties (pour une tranché le long d'une rue, le parcours d'un terrain privé ou d'une cave etc.), et en faisant tourner le tout avec un algorithme de théorie des graphes couplé à un logiciel professionel de dimensionnement et simulation de réseaux de chaleur, il sera possible de génére automatiquement un tracé et dimensionnement de réseau de chaleur optimisé. À partir de là, de nombreuses variantes sont possible : simulation de différents taux de connection, de différents scénarios de rénovation/construction/densification à moyen terme, de critères de connection etc... les possibilités sont infinies.

Prérequis : Maquette numérique de ville 3D LoD1/LoD2, modèle de terrain, données du réseau si existant (plan, niveau de température etc...)

Maquettes numériques de ville CityGML pour la transition énergétique

Posted on 4 décembre 201617 janvier 2017

Les Maquettes numériques de ville permettent d’échanger, de visualiser et d’analyser les données spatio-sémantiques urbaines, de l’échelle du matériau à celui du territoire. Multidomaines, elles sont utilisées pour des applications diverses : modélisation des nuisances acoustiques, simulation d’inondations, études comportementales et sociodémographiques, épidémiologie énergétique…
Là où les « Building Information Models » (BIM) s’arrêtent au bout du jardin, les maquettes numériques de ville permettent de prendre en compte les phénomènes d’interactions urbaines, tels que les îlots de chaleur urbains ou encore la mutualisation des demandes et productions énergétiques des bâtiments.

Diagnostic des besoins de chaleur et identification des priorités de rénovation de 3D.

Les urbanistes, les municipalités et les fournisseurs d’énergie disposent ainsi d’informations pour décider et coordonner les meilleures stratégies de transition énergétique, combinant faibles émissions CO2 et investissements rentables.
Instruments de diagnostic complet, ces maquettes numériques permettent d’identifier les priorités de rénovation bâtiment par bâtiment et de prédire leur potentiel d’économies d’énergie. Des stratégies énergétiques – plan Climat-énergie territorial – peuvent être ainsi planifiées à l’échelle de la ville, combinant une réduction de la demande énergétique et l’utilisation optimale du potentiel d’énergies renouvelables.

Un des principaux challenges de ces maquettes numériques est la collection et le partage des données. La disponibilité et la qualité de ces données impactent directement la fiabilité de l’analyse énergétique. Alors que les géométries 3D urbaines peuvent être générées automatiquement et précisément à l’aide de technologies laser ou photogrammétrique, la collection d’informations sémantiques liées aux bâtiments et à leurs utilisations est plus complexe et laborieuse. Elle demande de croiser de nombreuses sources d’information et d’utiliser des méthodes d’acquisition de données plus ou moins automatiques.
Il est primordial d’avoir une maquette numérique unique, ouverte, multidomaine et multi « niveau de détail », qui puisse servir de plateforme d’échange de données entre les différents acteurs urbains.
Le standard CityGML répond à ces critères. C’est une référence internationale, déjà utilisé pour modéliser des agglomérations en France (Lyon, Rennes) et en Europe (Londres, Stuttgart).

Version originale de l’article :Revue du Centraliens, jan. 2015.