Base de données THERMURBA (propriétés THErmo-Radiatives des Matériaux URBAins)
Constitution d'une bases de données sur les propriétés thermo-radiatives des matériaux urbains
Description :
Ce commun vise à contribuer au développement d’ICEtool et à proposer plus largement une base de données et un protocole du mesure pour la caractérisation des propriétés thermo-radiatives des matériaux utilisés pour l'aménagement des espaces publics.
ICEtool est un outil entièrement gratuit et opensource, permet d'évaluer l'impact d’aménagements sur le microclimat. L’évaluation simplifiée est basée sur une modélisation des différents échanges thermiques (conduction, convection, rayonnement, stockage, ...) au niveau des surfaces urbaines et sur 24 heures. D’autres impacts sont également pris en compte (biodiversité, imperméabilisation).
Au travers du commun, nous souhaitons consolider la base de données matériaux d’ICEtool. Actuellement basée sur des valeurs issues de la littérature, celle-ci contient des informations sur les propriétés thermiques et radiatives des revêtements de revêtements urbains. Au-delà de l'absence de données pour nombre de matériaux utilisés pour l'aménagement urbain, les données actuelles sont hétérogènes du fait de source et méthodes multiples employés, ce qui empêche la poursuite de certains travaux (ex. calibration des modélisations)
Au travers d’une première collaboration entre EGIS et le LMDC en 2023, nous avons sélectionné des méthodes de mesures expérimentales permettant de caractériser des matériaux urbains dans notre laboratoire du LMDC à Toulouse :
- conductivité thermique (méthode de la plaque chaude gardée)
- effusivité (méthode du plan chaud symétrique et méthode DSC)
- capacité thermique volumique (méthode du plan chaud symétrique et méthode DSC)
- masse volumique apparente
- Porosité ouverte
Nous avons également identifié le matériel nécessaire pour réaliser les mesures complémentaires en laboratoire ou in-situ :
- Albédo (albédomètre)
- Emissivité (emissiomètre)
Les objectifs de ce commun sont :
- de déployer une première série de mesures pour valider le protocole expérimental et consolider la base de données ICEtool
- d’acquérir le matériel nécessaire aux mesures d’albédo et d’émissivité et de mettre au point des protocoles de mesure au LMDC
Organisations utilisatrice ou intéressée par utiliser la ressource : EGIS, Toulouse Métropole
Contributeurs : Arthur Evrard, Guillaume Dumas, Marion Bonhomme
Défi auquel répond la ressource : 1- Connaissances - Ressources, B- Planification et aménagement urbain
Autre commun proche : ICEtool
Richesse recherchée : Financement, Contributeur - Communauté
Compétences recherchée : Général/Modèles, Général/Approches
Communauté d'intérêt :
Type de licence ?
Niveau de développement : Disponible et validé
Cloud / Fichiers :
Tags : Mesures expérimentales, Ilot de chaleur, Modélisation
Catégories : Logiciel, Données
Thème : Général/Modèles
Candidat Appel à Communs : candidat 24 Nov
Référent ADEME :
Référent du commun : Marion Bonhomme
Les 5 parties ci dessous sont à remplir obligatoirement pour analyser le commun et vous conseiller
Candidat Appel à Communs :
Montant Aide souhaitée (en Euro) à l'Appel à Communs Sobriété et Résilience : 75000
1.Détails du Financement :
1.1. Cout du projet
1.1.1. Choix des matériaux à caractériser
La première tâche consistera à choisir les matériaux à caractériser. Ce choix se fera lors de réunions de travail entre le LMDC, EGIS et Toulouse Métropole. Les matériaux à choisir, les échantillons fournis ou à prélever et les lieux de mesures seront définis conjointement.
1.1.2. Mesure des propriétés thermo-physiques
Le déploiement d’une première série de mesure sera porté par le service transfert du LMDC.
Sont prévu pour chaque matériaux :
- le sciage et la rectification pour obtenir des échantillons dont la taille et l'état de surface soient adaptés ;
- la mesure de la masse volumique apparente (séchage à 105°C puis dimensions mesurées au pied à coulisses) ;
- la porosité accessible à l'eau (pesée après dessication) ;
- la mesure de la conductivité thermique (plaque chaude gardée pour une température de 40°) ;
- la mesure de l'effusivité et capacité thermique volumique (plan chaud symétrique ou DSC) ;
Si nécessaire, une étape de carottage pourra être envisagée pour collecter des échantillons sur site.
1.1.3. Mesures des propriétés radiatives
Pour les mesures des propriétés radiatives, des couts d’achat de matériel doivent être prévus, ainsi que des couts de personnel pour la prise en main de ce matériel, la mise au point de protocoles de mesure, la réalisation d’essais, la rédaction de rapports.
En plus de l’implication de personnels permanents, nous prévoyons le financement d’un stage de master 2.
Le cout du projet est estimé à 160 000 € TTC et le montant demandé à l'ADEME est de 75 000 €. Le tableau ci-après détaille la répartition sur les différents postes.
1.2. Planning prévisionnel
Le projet démarrera au mois de juin 2024 et se terminera au mois de juin 2025. Le détail du planning est présenté dans la figure ci-contre.
2.Détails Sobriété et/ou Résilience des Territoire :
Impact sur la sobriété et la résilience des territoires
ICEtool permet d’évaluer l’impact de projet d’aménagement sur le microclimat urbain. L’intégration de cette thématique en amont dans les projets limite l’ilot de chaleur urbain et ses conséquences (inconfort à l’extérieur et à l’extérieur, surconsommations de climatisation, impacts sur la santé humaine et la biodiversité, etc.).
Par ailleurs, ce commun permettra de mieux caractériser les matériaux urbains et de mieux prendre en compte leur propriétés physiques dans d’autres projets (modélisation énergétique et/ou microclimatique, choix de matériaux dans les projets d’aménagements, recherche et enseignement, etc.).
Lien et ancrage territorial
La question de l’ilot de chaleur urbain est devenue prioritaire pour les collectivités territoriales et ICEtool permet de guider leur choix d’aménagements urbains sans nécessiter l’investissement majeur d’une mission d’expertise microclimatique. Ainsi, Toulouse métropole est partenaire de ce commun et contribuera au choix des matériaux à caractériser en priorité.
In fine, une meilleure connaissance des matériaux du territoire métropolitain permettra un diagnostic de leur impact sur l’ilot de chaleur toulousain et une priorisation des actions à mener dans l’aménagement des espaces publics existants.
3.Détails Impacts environnementaux :
Ce travail sur les ilots de chaleur urbains vise à améliorer le confort dans les espaces urbains, réduire l’impact des canicules sur le confort à l’intérieur des bâtiments en centre-ville et diminuer ainsi les surconsommations de climatisation.
Les partenaires impliqués sur ce commun s’engagent à réduire l’impact environnemental de leur travaux :
- L’équipe du projet exclut l’avion de ses déplacements
- L’équipe du projet n’envoie pas de pièce jointe mais des lien de téléchargement temporaire ; nettoie sa boîte mail une fois par mois, limite le nombre de destinataires
- L’équipe du projet prévoie une alternative végétarienne à chaque évènement et exclu les repas livrés dans des contenants jetables
- L’équipe du projet réduit la production de ses déchets au maximum, favorise le réemploi et assure le tri et valorisation de ses consommables
- Le LMDC limite les surconsommations énergétiques liées aux essais en laboratoire : les échantillons ne sont gardés dans des enceintes de dessiccation que le temps nécessaire et les essais menés par le service transfert seront réalisé par un chercheur expérimenté afin d’optimiser les périodes d’allumage des équipements.
- Le logiciel ICEtool est une alternative à des logiciels de modélisation microclimatique complexes et couteux en ressources numériques (et donc énergétiques)
4.Synthèse du projet de Commun :
Expérience du porteur de Commun dans le domaine
Le LMDC, Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions, est un laboratoire spécialisé dans la science des matériaux et des structures de Génie Civil. Le LMDC propose des solutions scientifiques permettant un développement durable et une gestion écoresponsable du patrimoine immobilier, infrastructures de génie civil et habitat. En particulier, le LMDC mène depuis plusieurs années des projets sur l'énergétique urbaine (de l’échelle des matériaux à l’échelle des quartiers en passant par le bâtiment et ses équipements). Un des atouts du LMDC est de confronter approche expérimentale (par capteurs in-situ ou mesures en laboratoire) et approche par modélisation multi-échelles. Dans le cadre d’une précédente collaboration, le LMDC a identifié des méthodes de mesures expérimentales permettant de caractériser des matériaux urbains au sein de notre laboratoire et réalisé une première série de mesures sur des matériaux usuels (briques, marbre, etc.).
Informations liées au Commun et au problème identifié
Le commun permet de mettre à disposition les caractéristique thermiques et radiatives des matériaux urbains usuels. En plus de diffuser ces données, cela permettra également de communiquer sur les méthodes de mesures et leurs limites (protocoles, marges d’erreurs, variabilité dans une gamme de matériaux, évolution temporelle des propriétés).
Description des actions, livrables et planning associé en proposant des points de passage
Dans une première phase de concertation, les contributeurs détermineront les matériaux à caractériser en priorité et rassembleront des échantillons. Nous prévoyons que cette étape dure 2 mois.
Le service transfert du LMDC prendra en charge les mesures de conductivité thermique, d’effusivité, de capacité thermique volumique, de masse volumique apparente et de porosité ouverte. Pour un total de 25 à 30 matériaux, les mesures s’étaleront sur 5 mois.
L’achat de l’albédomètre et de l’emissiomètre seront suivit d’une phase de formation des chercheurs à ces équipements. Des études de sensibilité seront menées et deux protocoles seront rédigés. Des mesures seront ensuite réalisées sur les matériaux retenus. Cette tâche fera l’objet d’un stage de master 2 recherche qui durera 6 mois.
Taille de la communauté de contributeurs et d'utilisateurs impliquée
Il est prévu d'impliquer une core-team de 5 personnes :
- Un chercheur-expérimentateur du service transfert du LMDC
- Un stagiaire de master 2
- 2 encadrants LMDC & 1 encadrant EGIS
Bien que la majorité de la masse d'utilisateurs soit silencieuse, le travail réalisé étant publié régulièrement nous espérons également bénéficier du retour des utilisateurs d’ICEtool tels que :
- ceux présents au sein d'Egis
- ceux s'étant déjà manifestés lors d'événements, par mails ou via le dépôt de la solution (ex. utilisateurs au sein du CEREMA, réflexions avec l'équipe de "Plus fraîche ma ville")
- ceux ayant été formés lors de la dernière édition des "Rencontres des Utilisateurs Francophones de QGIS"
- les utilisateurs issus de formations dispensant des TP sur ICEtool comme l'INSA et l'ENSA de Toulouse
- la communité de chercheurs en France ou à l'étranger (ex, chercheur du Kompetenzzentrum Wasser Berlin, allemagne)
Les prélèvements des matériaux a évaluer seront systématiquement réalisés pour pouvoir nourrir les réflexions menées autour de projets d'aménagements en cours, ainsi des retours supplémentaires pourront être collectés dans ce cadre.
Estimation du Rapport Coût / Impact du Commun dans le domaine de la sobriété et/ou de la résilience
Une meilleure compréhension de l’impact des matériaux sur le microclimat urbain permet de limiter les surchauffes urbaines et leur impact sur les consommations de climatisation. Il s’agit d’un axe majeur de l’adaptation des villes aux changements climatiques.
Commun et intérêt général
Ce commun permettra de renforcer les collaborations scientifiques entre le bureau d’étude Egis, le laboratoire de recherche public LMDC et Toulouse métropole.
Ce commun permettra de développer des connaissances sur les propriétés physiques des matériaux urbains et sur les méthodes de caractérisations de ces propriétés physiques. Ces connaissances seront mobilisables par des chercheurs comme par des bureaux d’études, maitres d’ouvrage ou concepteurs urbains.
Dans sa version opérationnelle, le logiciel ICEtool permet à des collectivités, même modestes, de tester des projets d’aménagement elle-même. Le logiciel facilite les échanges sur l’ilot de chaleur urbain entre les concepteurs et les collectivités qui les missionnent, et permet de valoriser des projets vertueux.
5.Autodiagnostic :
- Le problème est-il défini ? seul ou par plusieurs personnes ?
Le problème a été défini par plusieurs personnes, que ce soit chercheurs/sachants dans le domaine (EGIS pour la connaissance du logiciel ICEtool et le LMDC pour l’expertise matériaux) ou des collectivités comme Toulouse Métropole : il s'agit d'une brique manquantes afin de développer la connaissance et l'usage des méthodes de simulations des phénomènes d'îlots de chaleur. Cette brique permettant d'augmenter le nombre de cas d'usage de solutions existantes (nouveaux matériaux) mais aussi de réaliser des études de calibrations des simulations
- Y a-t-il d’autres contributeurs prêts à travailler sur ce Commun ? Y a t-il un lien avec la communauté open data ?
Un premier groupe de contributeurs s'est regrouper autour du LMDC afin de travailler sur ce commun. Ce commun possède aujourd'hui un fort lien avec la communauté de l'outil ICEtool mais a pour vocation a servir l'ensemble des activités/outils/acteurs traitant de l'usage des matériaux utilisés pour l'aménagement urbain et des phénomènes thermiques autour de ces espaces.
- Préciser la compréhension du contexte, la définition considérée de la résilience et l'impact du Commun sur le défi considéré
Devant la nécessité de l'adaptation des aménagements aux changements climatiques, il devient important de mettre à disposition des décideurs des outils permettant d'orienter les choix vers des solutions plus durables et résilientes. Ce commun vise ainsi à alimenter en ressources primaires (propriétés des matériaux) de tels outils.
- Est-ce que les contributeurs sont structurés via une association, entreprise pour recevoir des financements ?
Oui le LMDC
- Est ce que les besoins sont exprimables pour développer le commun ? oui/non
Oui : Les financements seront reçus par le LMDC. Le laboratoire dispose d’un service de gestion des projets de recherche qui est expérimenté en matière de gestion budgétaire, y compris les financements publics émanant de l’ADEME.
- Le projet de commun s’attachera à développer un ancrage territorial (en France ou dans le monde francophone), en lien si possible avec une collectivité
Le commun prendra comme principale source de choix des matériaux à tester des projets d'aménagements ou aménageurs des métropoles de Toulouse et Montpellier, territoires périodiquement sujets aux phénomènes d'îlos de chaleur. Il s'inscrit en particulier dans le cadre de la démarche de Toulouse Métropole : Toulouse + fraîche.
- Le projet de commun sera collaboratif, avec des consortiums non seulement interdisciplinaires, mais ouverts aux acteurs et aux parties prenantes des sphères économiques, associatives ou publiques, lorsque cela sera pertinent
Le projet sera ouvert tout autant à la communauté des chercheurs, communauté éducative que celle des bureaux d'études et aménageurs des territoires.
- Quels sont les besoins à ce jour pour passer à l'étape suivante :
- mentorat
- accès à des données,
- besoin d’expérimenter en situation “réelle” (usager, infrastructures)
- des contributeurs et d’autres parties prenantes,
- accès à des financements
La réalisation du projet de commun sélectionné :
6.Réalisation du projet de commun:
Liste des CR d'atelier en lien avec ce Commun Base de données THERMURBA (propriétés THErmo-Radiatives des Matériaux URBAins): aucun pour le moment
