AccueilactualitésRetour sur la Journée Découverte “Les outils de la complexité : énergie dans la ville”

Retour sur la Journée Découverte “Les outils de la complexité : énergie dans la ville”

La journée Découverte “Les outils de la complexité : Énergie dans la ville” s’est déroulée le 7 juin dernier à Météo France Toulouse. Elle avait pour objectif de présenter l’application des outils d’analyse des systèmes complexes aux problématiques de l’énergie et du climat dans la ville.

Qu’est-ce que l’étude des systèmes complexes ?

Le terme de complexité est pris au sens de son étymologie “complexus” qui signifie “ce qui est tissé ensemble” dans un enchevêtrement d’entrelacements (plexus). La complexité mesure la capacité d’un processus ou d’un système à devenir plus que la somme de ses parties.

L’étude des systèmes complexes se pose comme l’un des défis du 21ème siècle. Il s’agit de définir des méthodes pour comprendre et maîtriser la complexité croissante que nous voyons dans les systèmes naturels, industriels, sociaux et économiques. La compréhension de ces systèmes complexes requiert une approche globale mettant au cœur de l’analyse les interactions et rétroactions à toutes les échelles (micro et macro) entre les différentes parties. L’étude de la diversité de ces systèmes est interdisciplinaire et concerne aussi bien des biologistes que des mathématiciens, des économistes, des informaticiens ou des sociologues.

Complexe ou compliqué ?

Il s’agit de bien définir ce qui est complexe de ce qui est compliqué.

  • Compliqué : ce qui est compliqué peut être démêlé (comme par exemple un nœud marin)
  • Complexe : ce qui est complexe ne peut pas être simplifié car le système ne peut pas revenir à son état initial.

Des exemples de systèmes complexes : les phénomènes météo, la faillite de la banque Lehman Brother, les embouteillages, les termitières, les liens inter-entreprises et les réseaux d’individus fortement connectés.

Les points communs aux systèmes complexes : les interconnexions et interdépendances croissantes des éléments entre eux, les phénomène de cascade, la multi échelle, l’interdépendance, fortement non linéaire, les systèmes ouverts.

Les sciences de la complexité, à quoi ça sert ?

Les sciences de la complexité permettent de développer des outils et méthodes d’études de ces systèmes et de pouvoir les anticiper.

Cette approche permet de développer des outils de description modélisation à différents niveaux d’échelle. Il y a énormément de méthodes associées à l’analyse des systèmes complexes et les unités de recherche régionales en couvre une grande partie : c’est ce constat qui a fait émerger l’institut Xsys, l’Institut d’Études des Systèmes Complexes de Toulouse.

Téléchargez les présentations

Introduction Énergie et Complexité

Jean-Jacques Bézian, Ecole des Mines d’Albi :
Domaine de recherche : solaire à concentration et thermique basse température

En 2050, nous serons 7 milliards d’habitants en ville. Le secteur du bâtiment consomme 40% de l’énergie primaire dans le monde et la surface disponible de toiture n’est pas suffisante pour alimenter les villes en énergie. Ce n’est que depuis 2003 que la consommation du secteur du bâtiment est stabilisée. La future règlementation RT 2020 imposera aux logements d’être autonomes en énergie sur l’année. La typologie des bâtiments est très variée et la durée de vie est plus longue, il est donc plus compliqué d’introduire des innovations.

Une ville est un système dynamique qui continue à grandir et à se densifier. Ce constat va impacter divers secteurs : les déplacements (plus une ville est dense, moins il y a de déplacements), la thermique dans la ville (les bâtiments vont être chauffés ou rafraichis), les besoins énergétiques (liés à de très nombreux phénomènes couplés : thermiques, climatologiques, sociologiques ….). Les villes créent leur propre climat local en fonction de la géographie, l’urbanisme, … Les villes modifient les déplacements des masses d’air, d’où le besoin en compréhension de ces climats spécifiques. Il faut des objets prédictifs pour aider au pilotage énergétique. Une fois qu’on aura les modèles, les données, il sera possible de mettre en place des systèmes de pilotage.

Valéry Masson, CNRM (Centre National de Recherches Météorologiques)
Domaine de recherche : Modélisation du climat en ville pour travailler sur les stratégies d’adaptations

La modélisation climatique des villes s’appuie sur un triptyque : La concentration des populations – Le climat urbain – Le changement climatique

L’élément d’entrée : la morphologie du tissu urbain

  • Effets d’ombrage et de piégages radiatifs dans les rues. Ces effets interagissent avec l’écoulement aérologie du bâtiment, du quartier, de la ville, avec des interactions d’échelle.
  • Matériaux artificiels et surfaces minérales. En effet, l’imperméabilisation des surfaces constitue l’un des éléments qui influe beaucoup sur la thermique urbaine.
  • Concentration des activités urbaines : chauffage, climatisation, industries.

Ces interactions constituent un système complexe car il existe un effet d’échelle et des interactions entre problématiques physiques et phénomènes sociaux.
L’objectif des travaux du CNRM est de comprendre les processus de piégeages radiatifs et de mieux comprendre les îlots de chaleur urbains.
Pour modéliser, il est nécessaire de prendre en compte les processus physiques clefs du climat urbain, l’énergétique des bâtiments, la végétalisation. Une fois les modèles établis, il devient intéressant de les “faire tourner” avec les conditions climatiques du futur. Par rapport aux besoins de la ville, Météo France travaille avec l’école d’architecture pour voir quels sont les modèles de bâtiments à développer en fonction des prévisions de climats urbains dans les prochaines années.

Adaptation : les points clés à retenir

  • En 2100, on ne pourra pas se passer de climatisation, mais on pourra limiter son utilisation (par ex, la climatisation sera limitée uniquement à certaines pièces)
  • Quelques exemples de solutions : l’arrosage de la chaussée, la rénovation thermique des bâtiments (bâtiments blancs), la stratégie de végétalisation urbaine, les ressources en eau, la stratégie de planification à plus grande échelle, le comportement des habitants.

Les challenges et perspectives de recherche
Les groupements de maison constituent l’échelle pertinente pour mettre en place les travaux sur l’atténuation et l’adaptation.

Richard Fournier, LAPLACE

Domaine de recherche : Couplage et infinité des rapports d’échelle

L’objectif est de simuler numériquement l’infini des rapports d’échelle, par exemple, si l’on se réfère à l’industrie du cinéma : de l’échelle de la feuille à l’échelle du paysage. Or, la présentation de Rrichard Fournier nous démontre que l’infinité du rapport d’échelle est gommée par la méthode statistique. Il est donc techniquement possible de modéliser des systèmes très complexes avec une infinité de paramètres d’entrée en utilisant ces méthodes.

Présentation de Benjamin Piaud – Méso Star

Méso Star est une TPE toulousaine qui propose une offre complète d’ingénierie de la complexité. L’approche conduit à mettre en place toute une chaîne de compréhension de la complexité, depuis la modélisation, jusqu’à une solution opérationnelle de simulation en s’appuyant sur l’expertise-métier de leurs clients. L’objectif est de fournir les clés de la compréhension du système complexe étudié. Des applications sont possibles sur le secteur du bâtiment, notamment dans le cadre de l’approche BIM.

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Présentation des services de Météo France