VURCA Mthodologie et rsultats Indicateurs de gravit et

VURCA Méthodologie et résultats Indicateurs de gravité et de vulnérabilité 1

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Construction des canicules synthétiques 2

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Construction des canicules synthétiques 3

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Construction des canicules synthétiques 4

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Rappel sur les scénarios Simulations NEDUM à l’horizon 2100 permettant de définir les nouvelles cartes d’occupation du sol pour SURFEX 5

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Rappel sur les scénarios Adaptation des caractéristiques de TEB relatives aux propriétés thermiques et radiatives des murs, des toits et des planchers 6

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Rappel sur les scénarios Adaptation des caractéristiques de TEB-BEM relatives aux systèmes de climatisation et à leur usage 7

Méthodologie de modélisation des canicules VURCA Rappel sur les scénarios Arrosage des jardins de TEB-Veg 8

Méthodologie d’analyse Indicateurs de gravité et de vulnérabilité Indicateur de gravité On cherche à définir un indicateur traduisant la gravité d’une canicule donnée (caractérisée par une durée et une intensité) Cette gravité s’évalue en termes d’impact sur le confort humain et la consommation d’énergie liée à la clim sur le Paris actuel (Paris NEDUM 2006) Indicateur de vulnérabilité On cherche à définir un indicateur traduisant la vulnérabilité d’une ville donnée au climat futur (période estivale) Différents scénarios d’évolution de Paris (expansion + bâti + clim + arrosage) sont testés sous différentes conditions de canicule Les indicateurs de gravité sont pondérés en fonction des probabilités d’occurrence des canicules futures 9

Confort 10

Indicateur de gravité pour le confort Basé sur l’indice thermique du corps humain (UTCI) calculé dans les simulations SURFEX en fonction de la température et de l’humidité de l’air, du vent et du rayonnement 11

Indicateur de gravité pour le confort § Définition de 5 profils d’individus + une journée d’activité "type" pour chaque profil § Reconstitution de séries temporelles d’UTCI en fonction de l’activité § Calcul du nombre d’heures par jour passé au dessus des différents seuils d’UTCI § Intégration spatiale (sur les points de grille habités) en fonction de la densité de population Profil 1 : Travailleur extérieur 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 8 10 12 14 16 18 20 22 120 Profil 2 : Travailleur de bureau 0 2 4 6 8 Profil 3 : Personne à domicile 0 2 4 6 8 Profil 4 : Piéton (touriste) UTCI in UTCI out (shade) UTCI out (sun) UTCI in (office avg) 0 2 4 6 Profil 5 : Sans abri 0 2 4 6

Indicateur de gravité pour le confort § Définition de 5 profils d’individus + une journée d’activité "type" pour chaque profil § Reconstitution de séries temporelles d’UTCI en fonction de l’activité § Calcul du nombre d’heures par jour passé au dessus des différents seuils d’UTCI § Intégration spatiale (sur les points de grille habités) en fonction de la densité de population Exemple de profils journaliers d’UTCI Profil 1 : Travailleur extérieur pour les 5 profils d’individus 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 8 10 12 14 16 18 20 22 130 Profil 2 : Travailleur de bureau 0 2 4 6 8 Profil 3 : Personne à domicile 0 2 4 6 8 Profil 4 : Piéton (touriste) UTCI in UTCI out (shade) UTCI out (sun) UTCI in (office avg) 0 2 4 6 Profil 5 : Sans abri 0 2 4 6

Indicateur de gravité pour le confort Pas de stress Stress modéré Stress élevé Stress très élevé Stress extrême 2006 Paris NEDUM Répartition des heures passées en condition de canicule selon les seuils d’UTCI Nb d’heures 42 Nb d’heures 45 Nb d’heures 46 Sans abri Piéton Personne à domicile Travailleur bureau Travailleur extérieur Nb de jours Nb d’heures 34 Nb d’heures 35 Nb d’heures 38 Nb d’heures 40 Nb de jours 14

Indicateur de gravité pour le confort 2006 Paris NEDUM Répartition des heures passées en condition de canicule selon les seuils d’UTCI • L’inconfort augmente avec la durée et l’intensité de la canicule pour tous les profils • Mais il augmente avec une dynamique temporelle différente selon les profils • Et il atteint une valeur seuil à partir d’une certaine durée dépendant du profil et de l’intensité de la canicule • Généralement, les individus les moins vulnérables sont - le « travailleur de bureau » (clim) - la « personne à domicile » (pas d’exposition aux conditions extérieures) • Les profils les plus sensibles sont - le « travailleur extérieur » (au soleil en journée) - le « sans abri » (inconfort nocturne additionnel) • Les conditions d’inconfort les plus extrêmes sont atteintes à l’extérieur • Mais pour les canicules plus longues, l’inconfort nocturne dans les bâtiments augmente fortement • La variabilité journalière des conditions de confort/inconfort est plus grande à l’extérieur 15

Indicateur de gravité pour le confort 2006 Paris NEDUM Nombre d’heures passées en condition de canicule au moins en stress thermique élevé (en fonction du temps, et par classe de canicules) Travailleur extérieur HW 46 HW 42 HW 38 HW 34 Pour le confort extérieur : Travailleur bureau HW 46 HW 42 HW 38 HW 34 Personne à domicile HW 46 HW 42 HW 38 HW 34 Pour les autres profils : • HW 46 est toujours plus grave que HW 34 Piéton HW 46 HW 42 HW 38 HW 34 La classe HW 46 est toujours plus grave que les autre classes quelque soit la durée de l’événement Sans abri • Il faut 9 jours de HW 38 et 5 jours de HW 42 pour atteindre le même nombre d’heures de stress que HW 46 (3 jours) • Il faut 19 jours de HW 38 et 11 jours de HW 42 pour atteindre le même nombre d’heures de stress que HW 46 (7 jours) 16

Indicateur de vulnérabilité pour le confort § Calcul basé sur l’agrégation des indicateurs de gravité en fonction des probabilités d’occurrence des canicules futures (calculées à partir de 12 scénarios climatiques, sur la période 2070 -2100) : en moyenne, 1. 82 canicules / an et 12. 4 jours de canicule / an § Intégration sur la ville entière ou représentation spatialisée pour identifier les zones les plus vulnérables § Présentation par profil d’individus et par scénario 17

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 Exemple d’indicateur de vulnérabilité ( « travailleur extérieur » ) Pas de stress Stress modéré Stress élevé Stress très élevé Stress extrême Répartition des heures de canicule selon les seuils d’UTCI (intégrées sur toutes les canicules futures et rapportées à une journée moyenne) Ville fil de l’eau Ville dense Bâti vertueux Ville verte Bâti fil de l’eau Ville verte Bâti vertueux 18

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 Pas de stress Stress modéré Stress élevé Stress très élevé Stress extrême Répartition des heures de canicule selon les seuils d’UTCI (intégrées sur toutes les canicules futures et rapportées à une journée moyenne) 19

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 Gain / Perte de confort par rapport au scénario de référence (en % d’heures passées au moins en stress thermique élevé) • Scénario le plus performant : Ville verte + bâti vertueux + climatisation modérée + arrosage • Impact faible du scénario d’expansion urbaine • Impact modéré du scénario de bâti • Fort impact du scénario de clim et du scénario d’arrosage • Mêmes résultats pour le profil « piéton » 20

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 Gain / Perte de confort par rapport au scénario de référence (en % d’heures passées au moins en stress thermique élevé) • Scénario non climatisé le plus performant : Ville verte + bâti vertueux + pas de clim + arrosage • Pour les scénarios climatisés, on ne dépasse jamais le seuil de stress thermique élevé • Résultats similaires pour la « personne à domicile » 21

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 Gain / Perte de confort par rapport au scénario de référence (en % d’heures passées au moins en stress thermique élevé) • Scénario le plus performant : Ville verte + bâti vertueux + pas de clim ou clim modérée + arrosage • L’usage d’une clim forte affecte légèrement le confort extérieur (mais pas la clim modérée associée à un bâti vertueux) • Fort impact du scénario d’arrosage 22

Indicateur de vulnérabilité pour le confort Tous les scénarios à l’horizon 2100 • Le confort est influencé par les scénarios de bâti, d’usage de climatisation et surtout par l’arrosage des jardins • Les scénarios d’expansion urbaine donnent des résultats très similaires pour les cas où les jardins ne sont pas arrosés • Les scénarios non climatisés présentent des indicateurs de confort qui semblent relativement « acceptables » • L’intégration sur les canicules futures atténue très fortement les situations les plus extrêmes (large majorité de canicules courtes et de moyennes intensités 34/38°C) 23

Consommation d’eau 24

Evaluation de la consommation d’eau L’arrosage des jardins est simulé de façon très simple : les contenus en eau des réservoirs du sol naturel dans les jardins est forcé à 50% La végétation n’est jamais en stress hydrique et elle peut évaporer Evaporation des jardins non arrosés Evaporation des jardin arrosés La consommation d’eau pour l’arrosage des jardins est calculée comme la différence d’évaporation des jardins entre les simulations avec et sans arrosage (pour un même scénario de ville, de bâti et de clim) 25

Evaluation de la consommation d’eau Tous les scénarios avec arrosage à l’horizon 2100 Scénario Ville dense Scénario Ville verte 8. 16 E+10 L 15. 11 E+10 L 8. 00 E+10 L 14. 95 E+10 L 7. 78 E+10 L 14. 64 E+10 L 7. 77 E+10 L 15. 67 E+10 L En comparaison : • Consommation d’eau potable à Paris = 550 000 m 3 j-1 • Production d’eau non potable à Paris = 77 000 m 3 j-1 • Débit de la Seine en amont de Paris = 200 m 3 s-1 Scénario Ville fil de l’eau 8. 16 E+10 L 7. 78 E+10 L 0. 69 E+10 L (12. 4 j) 0. 09 E+10 L 21. 4 E+10 L 26

Energie 27

Indicateurs de gravité pour la conso d’énergie Basé sur la consommation d’énergie calculée par TEB-BEM à partir de - la demande de froid dans le bâtiment - les caractéristiques du système de climatisation 28

Indicateurs de gravité pour la conso d’énergie Basé sur la consommation d’énergie calculée par TEB-BEM à partir de - la demande de froid dans le bâtiment - les caractéristiques du système de climatisation – La consommation d ’énergie cumulée sur toute la durée de la canicule et sur toute la ville (Ecumulée en GWh) – La consommation d’énergie cumulée sur toute la durée de la canicule et sur toute la ville rapportée aux m² de plancher (pour se rapprocher des normes du Grenelle, Ecumulée/m² en Wh/m²) – La puissance instantanée maximale observée sur l’ensemble de la ville lors d’un épisode de canicule (Pmax en W) – La variation de puissance engendrée par l’élévation de 1°C calculée à partir des puissances maximales de 2 épisodes de canicule de même durée mais de classes d’intensités différentes (surpuissance en W/°C) 29

Indicateurs de gravité pour la conso d’énergie 2006 Paris NEDUM Energie cumulée dans le temps Energie cumulée / m² de plancher CLIM 2 Puissance maximale journalière Surpuissance journalière 30

Indicateurs de gravité pour la conso d’énergie 2006 Paris NEDUM • La consommation électrique cumulée au cours de la canicule augmente en fonction de l’intensité de la canicule • L’augmentation devient rapidement linéaire (palier de consommation journalière) • La puissance max journalière augmente en fonction de l’intensité de la canicule • Elle augmente sur les premiers jours (~ 1 semaine) puis atteint un palier • Elle augmente plus rapidement pour les canicules plus fortes (mêmes conditions initiales) • La surpuissance augmente sur les premiers jours puis atteint un palier • La surpuissance est supérieure pour les canicules moins fortes • Cette différence diminue avec le temps 31

Indicateurs de vulnérabilité pour la conso d’énergie Tous les scénarios à l’horizon 2100 Energie cumulée intégrée sur les canicules futures Energie cumulée / m² intégrée sur les canicules futures 32

Indicateurs de vulnérabilité pour la conso d’énergie Tous les scénarios à l’horizon 2100 • Le scénario de bâti et d’usage de la climatisation a un impact majeur sur la consommation d’énergie : Quelque soit le scénario d’expansion urbaine, on note -64% sur Ecumulée entre bâtis « Vertueux » et « Fil de l’eau » , sans arrosage -67% sur Ecumulée entre bâtis « Vertueux » et « Fil de l’eau » , avec arrosage • Pour un même scénario de bâti et d’usage de la climatisation, l’arrosage permet de réduire sensiblement la consommation : Pour le bati « Fil de l’eau » -5% sur Ecumulée pour la « Ville dense » -10% sur Ecumulée pour la « Ville verte » et la « Ville Fil de l’eau » Cet impact atteint -16% pour le bâti « Vertueux » 33

Indicateurs de vulnérabilité pour la conso d’énergie Tous les scénarios à l’horizon 2100 Quantile 90 de la Pmax sur les canicules futures Le bénéfice apporté par le scénario de bâti « Vertueux » (usage de clim modéré) est moindre en termes de Pmax (de l’ordre de -30%) Ces grandeurs peuvent être comparer à 1 tranche de centrale nucléaire = 1 GW (avec 58 réacteurs en service en France) 34

Conclusions & Perspectives 35

Difficulté de présenter les résultats de façon synthétique et « parlante » - Visualisation des résultats - Mise en perspective avec des grandeurs connues Grande diversité des indicateurs de gravité Comment intégrer - les indicateurs de confort (5 profils)? - les indicateurs de consommation d’énergie (Ecumulée, Pmax …)? Décorrélation des indicateurs Comment confronter et coupler les résultats obtenus pour le confort, la consommation d’énergie et la consommation d’eau ? Evaluation pertinente des scénarios d’adaptation Comment comparer les indicateurs basés sur le confort, la conso d’énergie et la conso d’eau et les conséquences socio-économiques des politiques d’adaptation mises en œuvre 36

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Ecumulée 38

Interprétation avec Ecumulée • On distingue que c’est le scénario de bâti & usage (Fd. E ou Vertueux) qui influence le plus la consommation d’énergie, les scénarios de bâti vertueux étant plus économes – On remarque les scénarios Fd. E ont une consommation d’énergie croissante, rapide en fonction de la durée de la canicule, tandis que les courbes des scénarios Vertueux présentent un point d’inflexion autour de 7 jours puis une croissance rapide (mais moins rapide que pour les scénarios Fd. E). Ce point d’inflexion est dû au nombre de bâtiments climatisés. Avant le point d’inflexion, seuls les bureaux sont climatisés, après ce point tous les bâtiments le sont. – Les versions arrosées des scénarios bâti permettent de diminuer la consommation d’énergie – La ville actuelle consomme plus que les scénarios vertueux mais moins que les scénarios Fd. E en début de période mais en fin de période, elle consomme moins que tout les scénarios. Au début, la température de consigne plus basse dans les bureaux de la ville actuelle entraîne une consommation d’énergie plus forte qu’en scénario Vertueux. A la fin, c’est le nombre de bâtiments climatisés qui joue (résidentiel + bureaux dans les scénarios). 39

Ecumulée/m² 40

Interprétation avec Ecumulée/m² • On observe les mêmes tendances qu’avec Ecumulée. • On remarque en plus que le scénario Ville Verte Fd. E consomme plus que les autres par m² de plancher, ce scénario ayant la plus grande surface urbanisée (route+jardins+bâti). 41

Ecumulée/m² de plancher pour une année moyenne future (1/3) 42

Ecumulée/m² de plancher pour une année moyenne future (2/3) 43

Ecumulée/m² de plancher pour une année moyenne future (3/3) 44

Pmax 45

Interprétation avec Pmax • On observe avec l’indicateur de puissance les mêmes tendances qu’avec l’indicateur Ecumulée • Il semble que ce soit le scénario Ville Fil de l’eau par rapport à Ville Dense, pour un bâti fil de l’eau qui demande le plus de puissance, probablement à cause de sa ville plus étendue. • Avec un bâti et un usage vertueux, on met plus de temps à atteindre le pic de puissance, l’inertie des bâtiments est plus grande. • Sur les courbes de bâti Vertueux, on observe un point d’inflexion autour de 7 j pour les 2 premières classes d’intensité. La première « bosse » correspond à la demande en puissance des bureaux qui sont les premiers à activer la climatisation dû à une température de consigne plus basse (l’allure de la courbe est la même que pour la simulation de référence qui ne comporte que des bureaux). La seconde « bosse » correspond à la demande en puissance des bureaux et du résidentiel cumulés. 46

La variation de puissance engendrée par l’élévation de 1°C calculée à partir des puissances maximales de 2 épisodes de canicule de même durée mais de classes d’intensités différentes (surpuissance en MW/°C) La variation de puissance engendrée par l’élévation de 1°C est calculée : • À partir des puissances maximales de 2 épisodes de canicule de même durée mais de classes d’intensités différentes. • Elle peut être comparée à la valeur typique observée, 500 MW/°C, d’appel de puissance sur l’ensemble de la France pour une élévation de 1°C. http: //www. audeladeslignes. com/heure-pointe-ete-13 h-consommation-electricite-3396 47

Surpuissance (MW/°C) 48

Interprétation de la surpuissance • Pour les valeurs de surpuissance, c’est plus les valeurs du palier que les valeurs du pic qu’il faut considérer. En effet, comme on se place dans un cas extrême (canicule), seuls les scénarios de bâti Vertueux présentent un pic de surpuissance. En fait, les scénarios Fil de l’eau qui déclenchent la climatisation plus tôt, ont déjà passé ce pic. • En ne considérant que les paliers de surpuissance, on voit bien l’influence du scénario de bâti. • Ces valeurs sont à mettre en parallèle de celle de 500 MW/°C observée pour l’ensemble du territoire. – Pour le cas actuel, la valeur vaut 100 MW/°C ce qui représente à peu près 20% de la valeur globale française – Pour les scénarios de bâti Fil de l’eau, des canicules intenses et longues entraînent une surconsommation de plus de 300 MW/°C pour une ville soit près de 70% de la surpuissance enregistrée pour tout le territoire actuellement. • Ces valeurs varient peu en fonction de l’intensité de la canicule 49

Valeurs des indicateurs de vulnérabilité Ind. Vul/scn 2006 Paris Nedum Ecumulée 0. 47 1. 21 1. 17 3. 02 0. 42 1. 08 1. 17 3. 02 0. 43 1. 11 1. 16 2. 99 0. 42 1. 08 1. 05 2. 71 0. 36 0. 93 Ref. Pmax E finale (k. Wh) E primaire (k. Wh) Q 90 (GW) Ref. 0. 43 1. 11 3. 31 3 0. 89 2. 30 9. 52 10 0. 34 0. 88 6. 51 7 0. 90 2. 32 9. 60 10 0. 35 0. 90 6. 58 7 0. 90 2. 32 9. 51 10 0. 35 0. 90 6. 56 7 0. 81 2. 09 8. 98 9 0. 30 0. 77 6. 01 6 = 1 TWh = 1 GW + en + économe E primaire (TWh) CLIM 2 (0. 84 TWh. EP sur Paris pendant 12 j) ou à comparer à la consommation d’énergie primaire électrique de l’Id. F pour le résidentiel et tertaire = 54 TWh E finale (TWh) Ecumulée/m². an 50