Le LECEA est un laboratoire de recherche pluridisciplinaire qui traite du climat urbain et de l’énergétique appliquée à l’environnement bâti; il est rattaché à l’institut inPACT. Ses compétences pluridisciplinaires et intégrées lui permettent de maîtriser des problématiques qui vont du matériau de construction jusqu’à une échelle territoriale, en passant par le bâtiment. La capacité du lecea à mettre en corrélation continue ces différentes échelles en font sa force et sa plus-value. Ses activités se déploient au niveau des prestations de service et de l’expertise-conseils, de la recherche appliquée et développement ainsi que dans la formation de base et de spécialisation.
Contact : Reto Camponovo, responsable du laboratoire
L’énergie solaire est au cœur de la transition énergétique. Cela nécessite de valoriser le plus possible les toitures disponibles et certaines façades des bâtiments avec des panneaux solaires pour intensifier la production d’énergie d’origine solaire. C’est l’objectif du projet VALES soutenu par la HES-SO et SIG, et réalisé par HEPIA ainsi que la Haute école d’ingénierie et de gestion à Yverdon-les-Bains.
Le projet VALES consiste à développer des modèles qui permettent d’une part, d’améliorer le niveau de détail des façades en détectant automatiquement les fenêtres et les balcons, grâce à au traitement d’images aériennes obliques ; d’autre part d’évaluer à l’échelle de la ville le rayonnement solaire sur les façades et ainsi le potentiel de production solaire par des panneaux photovoltaïques.
Les images suivantes illustrent l’analyse de détection des fenêtres (gauche) et la modélisation du potentiel solaire en toiture et façade (droite) sur un immeuble à Meyrin-Cité.
La question esthétique est particulièrement importante lorsqu’il s’agit de panneaux en façade, car ils sont très visibles. Ainsi le marché offre à présent des panneaux de toute sorte de couleur comme illustrés ci-dessous, certes plus cher et un peu moins performants que les panneaux habituels (monocristallin en toiture), mais cela va certainement s’améliorer à l’avenir.
La question est de savoir à présent si la modélisation du rayonnement solaire donne des résultats fiables par rapport aux phénomènes physiques observés.
C’est pour cette raison que nous entreprenons une campagne de mesures d’ensoleillement aux Grottes. Nous pourrons comparer les résultats du modèle avec les mesures réalisées pendant 1 an et ainsi améliorer la qualité du modèle en fonction des écarts observés.
Présentation du dispositif de mesures aux Grottes
Pourquoi avoir choisi la rue des Grottes ?
La rue des Grottes constitue un « canyon » typique avec des façades orientées sud-ouest (18) et nord-est (11). Cette disposition nous permettra d’observer l’effet des inter-réflexions entre les deux façades et du sol vers les façades. En effet, le rayonnement réfléchi constitue un apport d’énergie solaire important sur les façades.
De plus, les immeubles choisis appartiennent à la Ville de Genève particulièrement engagée sur la transition énergétique et climatique.
Pourquoi effectuer des mesures pendant 1 an ?
Le bilan énergétique se fait généralement sur une année entière en comptant les kWh obtenus par an. De plus, nous pourrons aussi relever les mesures sur des journées typiques représentatives des différentes saisons comme aux solstices d’hiver et d’été, ainsi qu’aux équinoxes du printemps et d’automne.
Comme illustré ci-dessus, le dispositif contient principalement deux éléments :
Pyranomètre : c’est l’élément central du dispositif disposé à chacun des 3 étages. C’est un capteur qui convertit le rayonnement solaire global qu'il reçoit en un signal électrique qui peut être mesuré. Les mesures se font toutes les 10 minutes. La mesure à chaque étage permet d’observer l’évolution du rayonnement en fonction de la hauteur.
Kit d’alimentation autonome installé au deuxième étage : le dispositif nécessite de l’électricité pour fonctionner. Afin de ne pas déranger les locataires, les pyranomètres sont alimentés (à travers les câbles jaunes) par une batterie elle-même rechargée par un panneau solaire.
L’installation a été réalisée avec succès le 21 décembre 2022 par l’entreprise ABV Corde depuis les toitures.
Précision importante : l’installation sert uniquement à faire des mesures d’ensoleillement. Mais aucun projet d’installation solaire n’est prévu à la rue des Grottes !
L’équipe de HEPIA remercie les locataires concernés de mettre à disposition leur garde-corps où sont installés les capteurs, ainsi que la Ville de Genève pour avoir permis que ce projet se réalise sur ses immeubles.
Equipe de projet:
HEPIA: Gilles Desthieux (contact: , +41 22 558 57 42), Peter Gallinelli, Blaise Raybaud, Miguel Sanchez, Théo Mercat
Contexte : Le réchauffement climatique et l'effet d'îlot de chaleur urbain ont un impact direct sur la santé des habitants, sur les niveaux de pollution, sur la consommation d'énergie et sur la biodiversité. En raison de ces problèmes, une attention croissante est accordée à la gestion des espaces urbains de toutes sortes. La planification de la résilience climatique est un défi majeur pour la prochaine décennie.
Le département en sciences de l’information de la HEG Genève et le Laboratoire Énergie, Environnement & Architecture (LEEA) de l’HEPIA s’associent afin de créer MIDAS. Grâce à la fusion de l’ingénierie, des data science et des sciences de l’information, nous analysons les données climatiques du Grand Genève pour les transformer en outils de médiation scientifique (transfert des sciences vers les citoyens).
Le projet s'articule autour des 5 axes suivants:
1) Collecter des données
2) Analyser des données
3) Raconter des données
4) Communiquer les données
5) Faciliter les décisions
À la lumière de ces data stories, les citoyens seront en mesure de contribuer aux arbitrages relatifs à la planification urbaine et au développement en connaissant les risques climatiques. Les données deviendront des outils pour accompagner les décideurs dans leurs prises de décisions à court, moyen et long terme.
Responsable de projet HEG : René Schneider
Répondants HEPIA : Reto Camponovo, Peter Gallinelli
Excellentes nouvelles de la sonde CTD autonome intelligente pour la cartographie des masses d'eau (https://swisspolar.ch) : les derniers essais en lac ont confirmé sa capacité à effectuer des cycles de plongée contrôlés lorsqu'elle est chalutée à des vitesses de bateau allant jusqu'à 5 nœuds (2,5 m/s), en utilisant un système de ballast mobile simple et robuste (cf. fig.1 cycles de plongée).
Image 1 : montrant la sonde entièrement assemblée lors d'un essai dans l'installation du réservoir de remorquage à HEPIA, septembre 2022.
Image 2 : démonstration du prototype de la sonde lors des premiers essais en conditions réelles sur le lac Léman, septembre 2022.
Fig. 1 : Profils de plongée de la sonde CTD lors des essais en lac montrant les cycles de plongée successifs, octobre 2022
Toutes les fonctionnalités de base sont en place. Les développements actuels portent sur l'ergonomie et les questions opérationnelles qui ne peuvent être abordées que lors de tests en conditions réelles, comme l'interaction avec les objets flottants, l'étalonnage et la fiabilité de la sonde. Les prochaines étapes comprennent le développement de la géolocalisation, une interface utilisateur simple et des essais à la profondeur cible de 100 mètres et à des vitesses de remorquage élevées, jusqu'à 10 nœuds (5 m/s).
Le développement est assuré par Jonathan Selz et Peter Gallinelli au sein du laboratoire environnement, climat, énergie et architecture, et par Ruiliang Lin, Matteo di Luca, Luca Bardazzi et Flavio Noca au sein du laboratoire de sciences et technologies hydro & aero à HEPIA.
Les arbres sont fréquemment mis en avant comme stratégie écologique pour atténuer les effets du réchauffement des villes sous l'effet entre autre de la densification des centres urbains, à tel point qu'ils sont souvent assimilés à des "climatiseurs". Dans la réalité de nombreuses campagnes de mesures de terrain révèlent d’un effet de « refroidissement » de l’air bien plus contenu que celui auquel on pourrait s'attendre. Bien entendu ceci ne remet nullement en question les innombrables et uniques autres services écosystémiques délivrés par la végétation.
De toute évidence il demeure des inconnues autour des échanges thermiques et gazeux de l’arbre qui sont directement conditionnées par les écoulements d’air au sein et autour de ce dernier ainsi que par d’autres, dont par exemple le fait que l’augmentation des températures et du stress hydrique en ville entrainent généralement une baisse du taux de transpiration des arbres ou, d’une manière générale, la vitalité du végétal.
L’expérimentation :
MERA est une étude exploratoire qui s’intéresse à mieux comprendre les mécanismes d’échanges hygrothermiques se produisant à l’interface entre l’arbre lui-même et son environnement proche.
Les principaux objectifs à l’origine de cette étude exploratoire sont :
d’approfondir la connaissance concernant l’effet rafraîchissant de l’arbre
de comprendre la zone d’influence spatiale (de perception) de l’effet « rafraîchissant »
d’explorer des méthodes permettant de rendre visibles les mouvements convectifs gazeux générés par la présence d’un arbre.
Scientifiquement l’étude se situe à l’interface entre le monde de la biologie de l’arbre et celui de la microclimatologie urbaine. Une opportunité s’est créée avec des collègues de l’EPFL/WSL qui, intéressées par cette expérimentation développée par HEPIA, vont prendre en charge la mesure du flux d’eau dans l’arbre, alors qu’HEPIA développe les aspects microclimatiques. L’étude se base sur la mesure de terrain, rendue possible par la disponibilité de capteurs de précision de plus en plus petits, ainsi que par des dispositifs d’acquisition des mesures de grande capacité et résolution, spécialement pour le volet microclimat.
Objectif :
Mesurer l’évolution des grandeurs hygrothermiques au cœur et autour d’un arbre dans le but d’apporter une meilleure connaissance des échanges thermiques et hydriques en situation réelle et de l’apport en termes de confort climatique en fonction de son essence, des conditions environnementales et du climat.
Lieu :
Ville de Lancy, Place du 1er Août.
Premiers résultats:
Fig. 1 : Montage expérimental utilisé pour tester plusieurs abris accueillant les capteurs microclimatiques durant l'été 2022 : (a) abris traditionnels (de type Young), (b) abri artisanal #1 développé par HEPIA, (c) anémomètre à ultrasons mesurant la vitesse et la direction du vent, (d) abri artisanal #2 développé par HEPIA, et (e) abri Rotronic de référence, tel qu'utilisé par MétéoSuisse. En bas, le site test de Lancy où huit Platanus hispanica ont été équipés de capteurs de flux de sève et deux poteaux équipés de micro-capteurs climatiques en utilisant l'abri #1 développé par HEPIA (b) durant l'été 2022. A droite : différence de température de l'air à 1,5 m à plusieurs hauteurs (3,5m, 5,5m, 8,5m et 12m) dans la canopée de l'arbre et à 2m du pied de l'arbre.
Equipe de projet:
Reto Camponovo, Prof. HES, HEPIA/LECEA, chef de projet
Peter Gallinelli, Prof. ass., chercheur, HEPIA/LECEA
Charlotte Grossiord, Dr. Prof., EPFL/WSL
Illan Bourgeois, Dr. chercheur, EPFL/WSL
Partenaires:
Projet soutenu par l’OCAN, Service du paysage et des forêts et la Ville de Lancy, Service de l’environnement
