Résumé mémoire Barbara TOLINO

Introduction

Objectif du projet : analyse quantitative de potentiel aménagement et/ou végétalisation des toîts Nantais à partir de la BD TOPO 2D et d’une image satellite 3D.

Produit final : outil automatique ou semi-automatique pour déterminer le “potentiel” d’un toît.

Chapitre 1 : Contexte

Problème : îlots de chaleur urbains. Mais lorsque les villes sont déjà denses, il est compliqué de créer de nouvelles constructions et de développer de nouveaux espaces au sol.

Solution : développer l’intéret des toîts. On a ensuite un historique de l’utilisation des toîts (solariums fin XIXème, jardin suspendu chez Le Corbusier etc.).

Aujourd’hui : grand nombre de toîts inexploités, “non résolus” et souvent plats alors qu’ils possèdent un grand potentiel de vue, ensoleillement et ventilation. Plusieurs types d’aménagements possibles : espaces verts, de loisir, bar, restaurants, agriculture urbaine etc.

Nouvel enjeu : déterminer automatiquement la forme du toît pour pouvoir analyser ses potentialités.

Différentes solutions existantes

Etude à Genève pour des panneaux solaires. Différents indicateurs : la surface, la pente, la luminosité, la présence d’une végétation déjà existante.

Projet de recherche déjà mis en oeuvre à Lisbonne (Santos et al., 2016) : mesure de la couverture végétale du sol et estimation du potentiel de végétalisation du toît avec des données 3D obtenues par LIDAR. Important de modérer les données 2D avec des données 3D

Encore à Lisbonne (Silva et al.,Naing et al.) : analyse multi-critère avec 19 indicateurs. Objectif principal : identifier les zones prioritaires pour la végétalisation des toîts.

Positionnement de ce projet

1. Définir les bases d’une méthode d’analyse du potentiel de réaménagement des toîts à l’échelle de la ville.
2. Analyse du potentiel individuellement pour chaque bâtiment par une analyse multi-critère des besoins et des avantages de ce toît.

Quatre étapes :

1. Identification des toits plats
2. Repérage des exigences et besoins de la programmation choisie (végétalisation,énergétique etc.)
3. Analyse des indicateurs : quantifier les avantages et exigences de chaque toit
4. Détermination du potentiel par analyse multi-critère

Hypothèses :

• pas de prise en compte des critères techniques, socio-économiques, météorologiques
• uniquement toits plats et à végétaliser
• uniquement à l’intérieur de la ville de Nantes

Chapitre 2 : Usage multiples des toits

Classification des toits en trois catégories : Energétique (panneaux solaires, éoliennes…), Habité (nouveaux logements, espaces pour des commerces…) et Vert (Végétation, Agriculture, Fermes aquaponiques, Bassins etc.)

Description des toits energétiques et habités (peu pertinent dans le cadre de notre étude)

Toits verts

Economiquement : alternative à la rénovation pour la gestion des eaux pluviales et la ventilation (albédo important)

Explication du fonctionnement des toits végétalisés dans l’image (lien ci-dessous) :

Peut-être que pour nous, si on veut amener des arbres, il faudrait utiliser une toiture-jardin, donc une végatation intensive

Autres solutions pour amener de la “verdure” en ville : serres de culture ( par exemple plantes aromatiques et fruits rouges ) ou fermes aquaponiques (culture de végétaux en symbiose avec l’élevage de poissons)

Chapitre 3 : Méthodologie et données pour l’évaluation du potentiel de réaménagement des toits végétalisés

Choix de la zone d’étude : zone réduite car pas de logiciel libre pour la reconnaissance des toits plats et donc besoin de le faire à la main (via Google Earth). Identification de la pente et de la programmation du toit aussi faite à la main (est-ce que le toit est déjà végétalisé ou pas ? est-ce qu’il est occupé ?) Toits plats situés en majorité en périphérie et pas dans le centre-ville historique.

explication des avantages des toits végétalisés

Exigences des toits végétalisés :

• structure résistante (charge permanente importante + si précipitations, poids des visiteurs si besoin)
• résistance aux effets de soulevement dû au vent (parapets au moins à 500mm de distance des végétaux)
• résistance au feu (pas plus haut que 30m, surface <300m2 quand matériau non combustible, 900m2 sinon)
• étanchéité
• ensoleillement (3h de soleil nécessaires en moyenne par jour, dépend des espèces, en dessous d'1h pas envisageable)

Critères pris en compte pour l’étude

• Exposition au soleil
• Efficacité thermique
• Réduction de l’îlot de chaleur
• Surface verte visible pour l’amélioration du paysage urbain

Méthodologie avec QGIS et Python

Utilisation de T4GS : Tools For QGIS (équivalent de t4gpd)

• Efficacité thermique (ET): calcul avec QGIS et une formule théorique (à surface de toit vert égal, la végétalisation d’un bâtiment plus haut aura une efficacité thermique plus faible)

• Réduction de l’îlot de chaleur (RICU): idem (beaucoup plus pertinent de créer des toits verts si ils sont regroupés, sinon peu utile)

• Surface verte visible (SVV): utilisation d’une aire effective moins importantes que la surface du toit (buffer de -40cm), utilisation du Sky View Factor (SVF) : on étudie 1 - SVF pour savoir à quel point le toît vert est visible

• Exposition au soleil (SUN RATIO): étude avec un ciel clair et sans nuage, uniquement le 21ème jour de chaque mois, pour des intervalles d’une heure. On utilise alors la fonction SunshineDurationOnTopOfRoof de T4QS

Analyse Multi-critères

1. Normalisation des indicateurs sur une échelle allant de 0 à 3
2. Coefficients de priorité
3. Calcul multicritères : besoins et bénéfices (séparément)
4. Obtention du potentiel par multiplication des deux
5. Renormalisation

Dans les tableaux ci-dessous, on a la classification des résultats des indicateurs (0 étant le moins bien, 3 le meilleur)

On obtient alors le potentiel de la manière suivante (avec A, B et C coefficients à discuter dont la somme est 1):

Potentiel = SUN_RATIO(AxET + BxRICU + CxSVV)

Chapitre 5 : Conclusions et perspectives

Résultats : 50% des toits examinés pourraient être végétalisés

Pistes d’amélioration :

• Coefficients de priorité à discuter avec des professionnels du métiers
• Automatiser la détection des toits plats
• Créer de nouveaux critères ou améliorer ceux-là

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