Rapports VILLE10D

Le projet national de recherche Ville 10D a été lancé en 2012 afin de promouvoir l’utilisation et la valorisation urbaine du sous-sol dans le contexte d’une métropole durable.  Une trentaine de partenaires ont travaillé sur quatre thèmes sectoriels (socio-économique, environnemental, psycho-social, cognitif) qui ont été croisés du point de vue de la planification urbaine et du droit et confrontés à des sites d’application. Après avoir établi un état des lieux de l’aménagement de l’espace souterrain, les chercheurs ont élaboré, dans chacune des thématiques, des propositions et recommandations pour lever les obstacles à l’usage urbain du sous-sol et améliorer les conditions de son aménagement. Le présent rapport d’étape synthétise ces propositions en passant ces travaux au filtre de cinq questions que se posent les acteurs de l’aménagement urbain avant d’engager un projet mobilisant la dimension souterraine :

• Quelle peut-être la contribution du sous-sol à la réalisation d’un projet urbain dans le cadre d’une métropole durable ?
• Comment évaluer l’impact et l’intérêt de sa prise en compte dans le projet urbain dans la perspective d’un développement durable ?
• Comment optimiser l’aménagement du sous-sol pour le rendre attractif, adaptable, sûr et résilient ?
• Comment faciliter la décision en donnant à connaître et à voir l’état actuel et futur des sites de projet dans leur environnement ?
• Comment permettre à la gouvernance urbaine, lorsqu’elle conçoit et met en œuvre sa stratégie d’intensification urbaine, de prendre en compte la globalité des potentiels en incluant la dimension souterraine ?

Le rapport met ainsi en évidence les avancés du projet national Ville 10D mais aussi les approfondissements nécessaires. Il constitue le socle sur lequel sera construit, en partenariat avec des acteurs de l’aménagement urbain, la phase finale de la démarche dont l’objectif est de diffuser largement la connaissance des bénéfices de l’aménagement du sous-sol et des moyens de le valoriser au profit de la ville durable.

Télécharger le rapport d’étape

L’évaluation socio-économique (appelée dans certains secteurs ou pays « analyse coût-avantage » ou « analyse coût-bénéfice ») est utilisée dans de nombreux pays et institutions. Des textes réglementaires, guides méthodologiques ou autres documents officiels ont été rédigés sur ce sujet, en particulier en France, en Grande-Bretagne, en Allemagne et dans certaines institutions internationales (Commission Européenne, Banque Mondiale …).

En théorie, l’évaluation socio-économique peut être réalisée pour des projets dans des secteurs aussi variés que les transports, l’énergie, la prévention des risques, la santé, l’agriculture, l’éducation, en surface comme en souterrain. En pratique, force est de constater que le secteur pour lequel les pratiques sont les plus avancées est celui des infrastructures de transport. En particulier, en France, les textes réglementaires imposent la réalisation d’une évaluation socio-économique a priori (lors de l’enquête publique et du débat public si possible) et a posteriori (dans les 3 à 5 ans suivant la mise en service du projet) pour les nouvelles infrastructures de transport.

Néanmoins, quel que soit le secteur concerné et l’implantation du projet, l’évaluation socio-économique repose sur les mêmes principes méthodologiques qui sont :

• l’intégration dans le bilan des coûts ou économies réels (argent sonnant et trébuchant) ainsi que des avantages et inconvénients pour lesquels il existe une méthode reconnue permettant de leur affecter une valeur monétaire (effets monétarisables) ;
• l’analyse des effets ne pouvant pas être monétarisés ;
• le calcul d’indicateurs de rentabilité économique ;
• des analyses de sensibilité afin de déterminer l’impact d’une variation des paramètres initiaux sur la rentabilité économique du projet (évolution du PIB, de la population …).

L’analyse socio-économique est donc, en ce sens, plus large qu’une analyse financière puisqu’elle intègre des effets qui n’ont pas d’impacts monétaires. Malgré une progression constante des connaissances sur ce sujet et une pratique de plus en plus développée, les évaluations socio-économiques restent peu utilisées dans les secteurs autres que le transport et l’énergie (secteurs historiques) en France.

Par le biais d’un état de l’art des pratiques françaises et internationales, et une étude de quelques cas concrets, cette étude propose un cadre méthodologique pour l’évaluation socio-économique des projets de tout secteur, en surface comme en souterrain. Cette évaluation, applicable à tout type de projet, pourra être l’un des éléments de choix entre une solution en surface et une solution en souterrain (mise en place d’une évaluation comparative). Elle permettra aussi de faire apparaître les spécificités du souterrain en termes d’impacts environnementaux, de coûts …

Cette étude, issu de la Phase 1 du projet national Ville 10D – Ville d’Idées, a pour objectif de proposer aux professionnels de l’aménagement une boîte à outils, qui présente et met en perspective les différents leviers de l’aménagement du souterrain sous l’angle socioéconomique. Cette analyse repose sur trois éléments majeurs : la prise en compte des coûts directs du projet, la monétarisation des impacts de celui-ci sur son environnement, et enfin l’analyse des impacts non monétarisables.

Le rapport de l’étude est constitué de dix-huit fiches thématiques, qui correspondent à chaque étape de l’élaboration du projet. Chaque fiche est illustrée d’au moins un exemple d’aménagement concret, qui permet ainsi de mettre en perspective une situation de référence.

Les fiches 1 à 6 correspondent aux réflexions amont du projet : elles permettent d’identifier les caractéristiques principales du projet (diagnostic territorial, objectifs, caractéristiques générales, etc.). Les fiches 7 à 12 correspondent à l’étude socio-économique du projet (méthodologie, paramètres initiaux, externalités monétarisables et non monétarisables, etc.). Les fiches 13 à 15 constituent, quant à elles, une réflexion plus prospective sur les leviers à mobiliser, voire à moderniser, pour favoriser les aménagements souterrains (économiques, juridiques, réglementaires, etc.). Enfin, les fiches 16 à 18 constituent les compléments méthodologiques de l’évaluation socio-économique traitée dans les fiches 7 à 12 (benchmark de l’évaluation socio-économique, présentation du principe de monétarisation et intégration de ce principe dans l’évaluation socio-économique, etc.).

La tranche 1 du projet Ville 10D s’attachait, pour le thème 1 « socio-économie », à défricher la notion d’études socio-économique en proposant une boîte à outils pour l’évaluation socio-économique du souterrain. En tranche 2, nous nous intéressons plus précisément à la dimension économique, en mettant en regard les dépenses induites par la colonisation du souterrain et les recettes qui peuvent être générées. Plus précisément, nous cherchons à répondre aux interrogations suivantes :

• Peut-on rendre le souterrain rentable en l’associant à une opération d’aménagement plus large ?
• La mutualisation des usages entre la surface et le sous-sol est-elle viable, et dans quelles conditions ?

En effet, coloniser le souterrain pose la problématique du surcoût induit par la construction et l’exploitation de tels espaces par rapport à la construction en surface. Pour répondre à ces questions, nous proposons d’explorer de nouveaux modèles économiques faisant appel à la mutualisation des usages, en nous appuyant notamment sur un atelier collaboratif qui a permis de décliner un projet d’aménagement concret dans une dynamique dessus-dessous, et d’évaluer les propositions issues de cette réflexion.

Cette étude présente les travaux bibliographiques des premiers six mois du déroulement de la thèse. Il contient différentes parties comme suit :

• Partie I : rédigée par les membres 1 du comité du suivi de la thèse, elle met en évidence le contexte, les objectifs et le déroulement de la thèse ;
• Partie II : rédigée par le doctorant 2, elle explique les méthodes du travail de recherche dans le cadre de la thèse ainsi que le point d’avancement actuel de la démarche scientifique ;
• Partie III : rédigée aussi par le doctorant, elle contient des études bibliographiques détaillées des différents disciplines du sujet :
  • évaluation de l’espace de vie urbain (les méthodes d’évaluation au sens du développement durable (DD), les outils méthodologiques et logiciels d’évaluation environnementale) ;
  • évaluation du souterrain urbain (introduction historique, typologies des ouvrages souterrain et les aménagements du sous-sol et les aménagements urbains) ;
  • enfin des pratiques nationales et internationales concernant les constructions souterraines ;
• Partie IV : rédigée par le doctorant et les membres du comité du suivi, elle illustre des réflexions perspectives possibles et un programme envisagé pour la suite de la thèse ;
• Partie V : elle est la dernière partie, elle comprend les références bibliographiques utilisées dans ce travail, ainsi que les annexes qui comprennent les abréviations, le questionnaire réalisé par le doctorant, les indicateurs du DD adaptés au bâtiment et des extraits du code de l’urbanisme.

This project is focused on analysing the existing examples of underground mines that have been transformed to host another activity after or during mine exploitation. A database was created, and conclusions were extracted from it. Three cases were more detailed explored in order to illustrate the potential benefits and limitations of such undertakes. Finally, a final assessment about the overall situation of underground mine reuse abroad and in France was made.

L’objectif de cette recherche était d’étudier les phénomènes d’interaction sol-structure mis en œuvre lorsqu’un ouvrage bâti est sollicité par des mouvements de terrain d’origine variée : affaissement miniers ou mouvements liés au creusement de tunnel en particulier.

Dans un premier temps, l’objectif est de développer des modèles d’interaction sol-structure analytiques, basés sur une modélisation simplifiée du comportement du terrain et des structures, afin d’évaluer le taux de transmission des mouvements du sol aux ouvrages.

Les phénomènes d’interaction sol-structure (ISS) correspondent à une influence réciproque entre le bâtiment et le sol, liée au différences de comportement (raideur et résistance) de chacun. Le cadre de cette thèse se limite à l’étude des phénomènes d’ISS associés à des mouvements de terrain de type affaissement minier ou associés au creusement d’une cavité souterraine (tunnel par exemple). Ces mouvements sont caractérisés par une courbure, une déformation horizontale, et une mise en pente du terrain.

Le niveau de dommages d’une structure dépend de l’amplitude des mouvements du terrain, de la position de la structure par rapport à la cuvette d’affaissement et de la typologie de la structure : martiaux, architecture et forme. L’évaluation de ce dommage peut se faire par différentes méthodes : empiriques, analytiques ou numériques.

Les méthodes empiriques consistent à définir des valeurs seuils des mouvements admissibles (National Coal Board 1975, Wagner et Shumman 1991, Yu et al. 1988, Kwiatek 1998, Dzegeniuk et Hejmanowski 2000). Les seuils utilisés s’appliquent généralement aux mouvements du terrain en champ libre (i.e. sans prise en compte de l’ISS).

Les méthodes analytiques sont basées sur la modélisation des structures par des poutres élastiques (Timoshenko, 1957) afin de calculer des valeurs maximales des déformations principales dans l’ouvrage. Des valeurs seuils sont alors de nouveau utilisées pour quantifier le dommage. Pour ces méthodes, l’évaluation finale des mouvements du bâti, en fonction des mouvements du terrain en champ libre et compte tenu des phénomènes d’ISS, s’avère donc nécessaire.

Un des objectifs de cette thèse est de continuer de développer un modèle analytique pour mieux estimer le tassement différentiel final d’un bâtiment situé dans une région de mouvement de terrain, de prendre en compte l’interaction sol structure et la différence de rigidité entre le bâti et le terrain, et trouver les paramètres de modèle de terrain utilisé.

Cette étude présente les travaux préparatoires menés pour la réalisation d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) de la valorisation de matériaux d’excavation (MEX) issus de projets d’ouvrages souterrains. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du thème « Environnement », l’Axe de travail « Conception environnementale des ouvrages et valorisation des ressources offertes par les aménagements souterrains » et l’Action « Réutilisation des matériaux extraits du sous-sol dans un souci d’économie globale et de valorisation des ressources ».

L’ACV porte sur la gestion des MEX et l’étude du bénéfice environnemental de leur réutilisation relativement à l’impact de leur transport et de leur traitement. Elle se base sur un projet réel. Trois sites ont été envisagés pour le cas d’étude : le tunnel ‘mode doux’ de la Croix Rousse construit par le Grand Lyon, un projet à définir sur le site d’Epamarne ou le tram de Nice. En définitive, le tunnel ‘mode doux’ de la Croix Rousse a été défini comme projet de référence pour l’étude ACV.

L’ACV s’étend sur les tranches 1 et 2 de Ville10D. Ce livrable a été remis au terme de la tranche 1 et expose les travaux préparatoires à la réalisation de l’analyse proprement dite, à savoir la définition des objectifs et du champ de l’étude. On y trouve notamment les objectifs que l’étude se propose de remplir, les scénarios qui seront étudiés et les indicateurs environnementaux retenus.

Les changements climatiques peuvent entraîner un manque des ressources en eau comme celles de la Seine et le Canal de l’Ourcq, cela est une des raisons qu’ont motivée Eau de Paris à alimenter le réseau d’eau non potable de la ville à partir de ressources alternatives telle que l’eau d’exhaure. À la fin de l’année 2014 sera mise en place un projet expérimental de réinjection des eaux d’exhaure produites par le Parking Meyerbeer, localisé au 9ème arrondissement, dans le réseau d’eau non potable. Le but du stage est ainsi d’estimer l’impact sur la qualité des eaux du sous-réseau Bas Ourcq et les probables conséquences pour les usagers de cette eau.

Pour identifier les producteurs des eaux d’exhaure dans la ville de Paris, des cartes thématiques ont été faites avec les principales caractéristiques des eaux d’exhaure. Aujourd’hui la majorité d’entre eux injecte ces eaux dans le réseau d’assainissement, cependant après les résultats de cette première expérimentation d’autres projets d’intégration de ces eaux au RENP pourraient être envisagés.

Afin d’analyser cet impact, une modélisation hydraulique a été faite à l’aide du logiciel EPANET, et des analyses de la qualité des eaux d’exhaure du Parking ont été réalisées. Les résultats d’analyse montrent que la concentration de sulfates, la conductivité et la dureté sont très élevées et que les eaux d’exhaure ne sont pas exemptes de contamination pathogène. Les simulations avec EPANET montrent que la zone la plus impactée (SO4> 250mg/l, conductivité > 1000 μS/cm) par le parking Meyerbeer se situe entre Opéra et les jardins des Tuileries, sur une superficie d’environ un hectare et demi.

Lorsque surviennent des risques naturels, les dommages aux systèmes urbains représentent habituellement des conséquences économiques et sociales importantes. Parmi eux, les systèmes de transport guidé restent aujourd’hui particulièrement vulnérables notamment face au risque inondation. Par ailleurs, le concept de résilience connait d’importants développements dans le domaine de la gestion des risques naturels. La résilience peut se définir comme la capacité d’un système à absorber une perturbation et à récupérer ses fonctions à la suite de celle-ci. L’objectif de la thèse est d’étudier la vulnérabilité et la résilience des systèmes de transport guidé face au risque inondation à partir d’une analyse des mécanismes de défaillance. Ces systèmes sont assimilables à des systèmes hautement compliqués avec de multiples interdépendances entre les éléments. Etudier ces interdépendances, dans le cas d’une inondation, permet une approche comparative des trois configurations traditionnelles d’implantation d’un système de transport guidé~: en souterrain, en surface et en aérien.Cette démarche qualitative est combinée à une modélisation probabiliste, basée sur l’utilisation des réseaux bayésiens, du système soumis à un risque inondation. La thèse présente la démarche construite qui rend possible~: l’élaboration d’une approche globale c’est-à-dire de l’occurrence de l’aléa avec ses caractéristiques données d’intensité~; l’identification des dommages matériels directs~; l’identification des dommages matériels indirects c’est-à-dire ceux occasionnés par des effets domino~; la déduction des conséquences fonctionnelles c’est-à-dire les modes de fonctionnement dégradé du système relatif à son exploitation.

Télécharger la thèse de Michael GONZVA

Ce travail a pour objectifs d’apporter un éclaircissement sur le statut des matériaux excavés et d’expliquer les modalités de leur gestion hors et sur site. Il s’agit également de faire un état de l’art sur la valorisation de ces matériaux en portant une attention particulière au béton, comme piste de valorisation.

Ce rapport est scindé en trois parties :

• La première partie est dédiée au statut juridique des matériaux d’excavation.
• La deuxième partie présente les procédés de gestion de matériaux d’excavation sur et hors site. Pour la gestion sur site, un retour d’expérience sur des projets réels est présenté.
• La troisième partie traite de la valorisation des matériaux excavés. Dans un premier temps des exemples de valorisation de ces matériaux en technique routière et projets d’aménagement sont présentés. Le rapport se focalise ensuite sur la valorisation des matériaux issus de constructions de tunnels dans les bétons. Trois pathologies sont plus particulièrement mises en avant : la formation d’ettringite secondaire, la formation de thaumasite et l’alcali-réaction des granulats. Le développement de ces pathologies  dépend cependant de la composition des granulats incorporés.

Initié par l’Autriche au début des années 2000, l’intégration d’échangeurs géothermiques à l’architecture des infrastructures souterraines urbaines (comme dans les parois moulées du métro de Vienne) est une solution intéressante de mutualisation des coûts de construction visant à combiner transport et production d’énergie renouvelable.

De nombreuses solutions sont possibles pour activer thermiquement les infrastructures, quelle que soit la méthode de construction. Leur mise en œuvre est technologiquement très simple mais nécessite une réflexion en amont du projet pour concevoir et dimensionner de façon optimale les aménagements de l’infrastructure.

C’est une technique encore jeune : les projets existants sont peu nombreux et le retour d’expérience assez maigre en raison d’un seuil de rentabilité d’une quinzaine d’années, pour des ouvrages dont les durées de service sont de l’ordre de cinquante ans. L’estimation exacte du potentiel énergétique et des retombées économiques est encore délicate car le sujet est à la fois complexe et peu documenté à ce jour.

Avec une vision à long terme et une synergie forte entre savoir-faire technologique et volonté politique, les géostructures énergétiques peuvent toutefois offrir des opportunités intéressantes pour le mix énergétique dans une ville soucieuse de développer les énergies renouvelables dans le cadre de projets d’extension ou de rénovation de quartier.

Le thème 2 aborde les interactions de l’aménagement souterrain avec son environnement. Il s’agit de préciser les enjeux de l’utilisation du sous‐sol propres à cette thématique dans une politique d’aménagement durable de la ville. Le développement et la croissance des grandes agglomérations interrogent sur notre capacité à faire cohabiter habitat, activités, transport et logistique, dans un tissu urbain aménagé pour l’homme et son épanouissement. Avec la densification croissante des villes, les marges de manœuvre se réduisent et obligent à une réflexion plus approfondie sur l’organisation de l’espace et la meilleure utilisation de toutes les potentialités disponibles.

Pilier essentiel à une approche de la ville durable, le volet environnement se propose d’apporter des éléments de compréhension, d’évaluation, voire de démonstration sur les apports du souterrain d’une part, et sur l’intérêt d’une meilleure articulation entre surface et souterrain d’autre part.

Ces éléments doivent être appréhendés à plusieurs échelles, chacune des échelles pouvant conduire à renforcer ou relativiser les conclusions tirées à d’autres échelles.

• A l’échelle de l’aménagement, de la construction et de son environnement proche, le thème s’attache à l’étude des apports et impacts de proximité.
• A l’échelle de l’agglomération urbaine le thème 2 s’intéresse à la politique d’aménagement, au schéma directeur, à la cartographie des ressources et des potentiels souterrains.

L’objectif de ce thème est de répondre aux besoins en outils et méthodes à chacune des échelles.

La prise en considération du potentiel du sous‐sol en termes d’aménagement se heurte, comme cela a déjà été souligné, à une méconnaissance du sous‐sol, ainsi qu’à la difficulté pour aujourd’hui concevoir et évaluer un projet global cohérent mettant à contribution la dimension souterraine. Elle se heurte aussi à un certain nombre d’idées reçues sur le souterrain, trop souvent perçu de façon très limitative comme le lieu où enfouir et exiler ce qui ne doit pas être vu en surface.

Sur le thème de l’environnement, les travaux d’aménagements souterrains en ville s’accompagnent généralement de chantiers importants et de longue durée, surtout si tout ou partie de ces travaux sont réalisés dans des tranchées à ciel ouvert. La réduction des impacts en phase chantier est ainsi un enjeu essentiel qui renvoie à l’organisation du chantier, au mode d’approvisionnement, aux incidences des choix des techniques de creusement, à l’évacuation des matériaux extraits, aux circulations d’engins, …

Cette préoccupation de réduction des nuisances est également très présente en phase exploitation. Même si l’aménagement souterrain a l’immense avantage de préserver la surface et ses activités, il peut être également source de nuisances, le plus souvent locales par effet de concentration d’émissions (bruit, vibrations par exemple) ou par rejets dans l’eau ou dans l’air, certaines de ces nuisances étant aujourd’hui mal évaluées et sujettes à discussion avec les riverains des aménagements.

A une échelle plus globale, les aménagements souterrains n’ont pas donné lieu à des travaux d’évaluation globale susceptibles d’en caractériser les atouts et handicaps pour la construction d’une ville durable. Des éléments objectifs d’évaluation et de comparaison avec d’autres types d’aménagement doivent être apportés. A titre d’illustration on peut évoquer la remarque de Jean Louis Borloo, alors ministre de l’écologie, qui, interrogé à ce propos en septembre 2008 à l’occasion du congrès de l’AFTES à Monaco, a confirmé que le sous‐sol disposait de réels atouts, mais a aussi souligné que la réalisation de grandes infrastructures souterraines n’était pas neutre au plan écologique, et qu’une approche au cas par cas était indispensable pour démontrer le bien fondé de chaque projet.

Ce travail s’intéresse à l’amélioration des conditions de résilience urbaine. L’objectif était la production d’une méthodologie d’évaluation de résilience des infrastructures critique vis-à-vis du changement climatique en prenant en compte le sous-sol comme un des critères étudiés dans le cadre de cette évaluation. Après un rappel des enjeux liés au changement climatique traduits en termes de risques, une fois le concept de résilience analysé et défini dans le cadre de cette recherche et un cadre conceptuel d’évaluation de la résilience des infrastructures critiques proposé, une méthodologie d’évaluation de la résilience des réseaux technique est proposée en deux temps :

• Une méthodologie basée sur l’évaluation de la performance des infrastructures critiques analysée indépendamment;
• Une méthodologie et un outil pour évaluer la résilience de ces infrastructures interdépendantes, en effet, les retours d’expériences montrent toujours des effets en cascades, dès lors qu’une infrastructure dysfonctionne.

Ainsi une approche originale est proposée pour prendre en compte cet aspect : cette approche s’appuie sur l’évaluation de la performance individuelle des infrastructures où les aspects liés au sous sol (environnement de l’infrastructure : flux de charges, flux hydrauliques,…) entrent en considération, pour se focaliser ensuite sur les relations existantes entre les infrastructures critiques enterrées et de surface.

Le contexte du développement urbain dans un contexte de changement climatique et de pression foncière est rappelé en première partie, ainsi que le caractéristiques attendues d’un ville résiliente. La partie suivante s’attache à présenter la méthode d’évaluation. Deux sous parties sont alors développées : la première permet de comprendre le contexte de la gestion patrimoniale des infrastructures critiques pour développer une évaluation de la résilience des infrastructures, infrastructure par infrastructure, au plus proche des pratiques professionnelles. La deuxième sous partie propose une méthode d’évaluation qui prend en compte l’interdépendance des infrastructures critiques puisque les retours d’expériences montrent que ces systèmes sont tous connectés et qu’en termes de risques, la gestion sectorielle ne fonctionne pas.

Le présent rapport présente les travaux préparatoires menés par Cycleco pour la réalisation d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) de la valorisation de matériaux d’excavation (MEX) issus de projets d’ouvrages souterrain. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet national Ville10D qui vise à développer une recherche appliquée sur la contribution du sous-sol au développement urbain durable. Plus particulièrement la présente ACV est réalisée sous le Thème « Environnement », l’Axe de travail « Conception environnementale des ouvrages et valorisation des ressources offertes par les aménagements souterrains » et l’Action « Réutilisation des matériaux extraits du sous-sol dans un souci d’économie globale et de valorisation des ressources ».

L’ACV porte sur la gestion des MEX et l’étude du bénéfice environnemental de leur réutilisation relativement à l’impact de leur transport et de leur traitement. Elle se base sur un projet réel. Trois sites ont été envisagés pour le cas d’étude : le tunnel ‘mode doux’ de la Croix Rousse construit par le Grand Lyon, un projet à définir sur le site d’Epamarne ou le tram de Nice. Une rencontre a été proposée et éventuellement réalisée entre le CETU, Cycleco et les Maitre d’Ouvrages (MOA) des différents sites pour échanger sur les motivations. En définitive, le tunnel ‘mode doux’ de la Croix Rousse a été défini comme projet de référence pour l’étude ACV menée par Cycleco.

L’ACV s’étend sur les tranches 1 et 2 de Ville10D. Ce livrable a été remis au terme de la tranche 1 et expose les travaux préparatoires à la réalisation de l’analyse proprement dite, à savoir la définition des objectifs et du champ de l’étude. On y trouve notamment les objectifs que l’étude se propose de remplir, les scénarios qui seront étudiés et les indicateurs environnementaux retenus.

Cette thèse a pour objectif de développer une méthodologie d’évaluation au sens du développement durable des aménagements souterrains, afin de mettre en évidence leurs spécificités. La construction et l’exploitation des aménagements souterrains ont de forts impacts sur l’environnement et représentent un investissement financier conséquent le plus souvent déterminant dans le processus décisionnel. Or, ces aménagements offrent de nombreux avantages pour la ville, et pour leurs usagers. Cette méthodologie, qui propose une évaluation complète d’aménagements souterrains, prend en compte les différents volets : environnemental, social et économique. La dimension « gouvernance » est intégrée en balayant les normes et les textes réglementaires liés à chaque étape du travail. La première partie du mémoire comprend une étude approfondie de types de projets souterrains permettant d’étudier leur fonctionnalité et de mettre en évidence la place du souterrain dans la ville durable. Dans les parties suivantes, une évaluation environnementale menée par la méthode d’analyse du cycle de vie (ACV) et une évaluation au sens du développement durable se basant sur la méthode Haute Qualité Environnementale (HQE) sont présentées. L’objectif est d’évaluer tous les aspects du développement durable en s’appuyant sur un système de notation avantages/inconvénients construit spécifiquement pour le souterrain. La méthodologie appliquée à un cas d’étude de tunnel urbain est capable d’évaluer plusieurs variantes et de proposer un système de hiérarchisation des résultats d’indicateurs. Grâce à la méthodologie développée, les différentes variantes proposées peuvent être classées en choisissant les plus avantageuses au sens du développement durable.

Télécharger la thèse de Yaarob AUDI

Aujourd’hui, face à la croissance de la consommation d’énergie, on cherche à s’engager dans la transition énergétique et à promouvoir l’exploitation des énergies renouvelables. Parmi ces dernières, la géothermie est encore insuffisamment exploitée. La géothermie, comme le laisse deviner son étymologie, est l’énergie emmagasinée dans la Terre ou avec un point de vue local, dans les roches constituant le sous-sol. Ce mot désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe et le domaine d’activité qui correspond à son exploitation locale par l’homme. Il existe trois types d’énergie géothermique en fonction de la température du sous-sol et de la profondeur : on s’intéressera à la « géothermie » dite de très basse température, à quelques dizaines de mètres de profondeur, dont l’extraction est assistée par un échangeur thermique et une pompe à chaleur. L’extraction de chaleur à cette faible profondeur a été développée surtout au moyen de sondes échangeuses verticales. Mais des développements récents ont suggéré qu’équiper des géostructures telles que les fondations ou les tunnels pour exploiter la chaleur du sous-sol serait une solution faisable et rentable (Laloui et Di Donna, 2014). Les tunnels urbains ont ainsi été identifiés comme de possibles géostructures énergétiques en raison de leur longueur et de la proximité avec les consommateurs potentiels en milieu urbain dense. De plus, Mimouni (2014) a souligné que les tunnels permettraient l’extraction de chaleur de l’air intérieur d’un tunnel en même temps que celle emmagasinée dans la roche encaissante.

Le caractère décentralisé de l’application, stockage / déstockage de chaleur dans la roche, et le caractère diffus de son impact sur le milieu naturel (nappes d’eau) rend ce dernier difficile à cerner.
L’impact thermique sur le sous-sol à l’échéance de quelques années doit être une préoccupation dans cette période où le développement de la géothermie sur nappe dans certaines villes (par
exemple Lyon) ou la simple existence du métro dans les grandes villes (comme à Londres) a déjà provoqué un réchauffement significatif des aquifères.

Ce rapport fait l’étude des paramètres du sous-sol pouvant influencer l’exploitation de la source d’énergie dénommée improprement « géothermie de très basse température » autour des tunnels. Le principe des « tunnels géothermiques » et la valeur ajoutée énergétique de cette innovation sont expliqués. La modélisation numérique en 1D permet la simulation du transfert thermique entre un échangeur et le sous-sol environnant et l’étude paramétrique de l’apport d’énergie de ce dernier. Elle suffit à expliquer la plupart des résultats de la littérature. La modélisation numérique en 2D d’un tunnel en coupe transversale permet la simulation du panache de chaleur dans le sous-sol.

Une typologie des sites potentiels est recherchée en s’appuyant sur le projet du « Grand Paris Express », dans le cadre de la géologie et l’hydrogéologie de la région parisienne. On localise cette
étude aux alentours du tracé du futur tunnel de la ligne 15 pour identifier les secteurs géographiques et les zones souterraines favorables pour mobiliser la géothermie. Des blocs-diagrammes-types sont dessinés pour représenter des environnements souterrains rencontrés sur ce tracé.

Dans un souci de respect des ressources et de l’environnement, certaines villes sont à la recherche de nouveaux modes de développement urbain plus économes et plus respectueux. Pour freiner la consommation des espaces naturels, les métropoles urbaines pourraient se tourner de plus en plus vers leurs sous-sols. Une réflexion sur leur aménagement et plus particulièrement sur leur éclairage parait nécessaire ; une mise en lumière soignée permettrait de rendre la vie dans les espaces souterrains plus acceptable par les usagers.

Ce travail effectué par l’ENTPE pour la première tranche du projet national Ville10D est constitué de deux chapitres. Le premier, basé sur une étude bibliographique, dresse un état de l’art des travaux menés sur l’influence de la lumière naturelle sur notre santé et notre bien-être, et sur les conséquences d’en être privé. Il s’intéresse également à l’influence de l’aménagement des espaces, et particulièrement de leur mise en lumière, sur la perception des usagers. Le deuxième chapitre décrit l’expérimentation que nous avons menée pour comprendre comment sont perçus les espaces souterrains et quel rôle l’éclairage joue dans cette perception. Nous présentons notre démarche expérimentale et les résultats qu’elle a générés. L’analyse de ces résultats, associée à quelques exemples innovants d’aménagements récents d’espaces souterrains, débouche sur des pistes d’amélioration de l’éclairage et des propositions de travail complémentaire à effectuer pour la tranche 2 du projet Ville10D.

L’action de recherche, Morphologie des transitions, explore les configurations spatiales souterraines à partir des connaissances sur les souterrains, leurs perceptions et leur aménagement. Elle met en évidence un décalage entre des outils d’aménagement dérivés de l’urbanisme et des caractéristiques spatiales complexes combinant intériorité et extériorité. Considérer que les qualités spatiales propres aux espaces fermés conduit à envisager des modes d’aménagement façonnés à partir de dynamiques de flux et de complémentarités d’usages plus que par des continuités spatiales et des logiques de programmation des fonctions.

Ce thème aborde la question de l’habitabilité au moment où elle se pose, à travers l’observation de pratiques, de rythmes et d’ambiances.

En filigrane, se pose la question de la façon dont le souterrain se distingue ou au contraire se rapproche en pratique des espaces de surface. Les espaces souterrains des métropoles sont en effet bien plus fortement reliés entre eux de manière connexe, par des réseaux techniques, que reliés aux espaces proches, de surface, plutôt que de manière contiguë. Leur fonctionnement obéit à des temporalités diverses, avec de forte variations d’intensité urbaine. Des lieux se ferment et d’autres s’ouvrent, en relation avec leurs spécialisations fonctionnelles, et sans nécessaire relation avec le rythme circadien de la ville haute. Il importe donc de comprendre si les espaces souterrains ou en surface sont complémentaires, en opposition ou en concurrence.

L’objectif de rapport peut ainsi s’articuler autour des deux grands ensembles de questionnements suivants :

• Comment ces espaces souterrains sont reliés aux espaces de surface ? Y a-t-il une répartition des pratiques et des fonctions entre dessus et dessous ?
• Quels sont les rythmes d’activités et de fréquentation ? La présence d’une dalle influence-t-elle, positivement ou négativement, l’attractivité du quartier ? Existe-il des effets de synchronisation, de continuité ou de rupture dans le temps ?

L’ambivalence de l’imaginaire des souterrains urbains : quelles clés pour compenser une expérience angoissante ?

Les espaces souterrains suscitent des angoisses et des peurs qui sont liées à un imaginaire largement défavorable. Notre contribution a visé à établir les grands points cardinaux de l’imaginaire de la profondeur souterraine en s’appuyant sur l’anthropologie française de l’imaginaire (Gaston Bachelard, Gilbert Durand). Celle-ci a établit que l’imaginaire nourrit une relation émotionnelle et affective à l’espace, qui est structurante de l’expérience d’un monde. Les qualités de l’espace souterrain prennent dans l’imaginaire un caractère ambivalent. A partir d’une bibliographie littéraire des grands récits qui condensent les différentes composantes de l’imaginaire du souterrain en des ensembles d’images cohérents, nous avons établi cinq points cardinaux de l’imaginaire du souterrain qui en forment les topiques. La première, la profondeur, est la plus prégnante et a donné lieu à de nombreux récits, notamment ceux consacrés aux enfers, dont l’imaginaire reste encore prégnant aujourd’hui. Les autres qualités sont la clôture de l’espace, l’absence de repères, l’espace en creux, et l’espace dessous par rapport à un dessus. L’imaginaire du souterrain largement marqué par l’angoisse laisse aussi place au repos le plus profond, à la quête initiatique et l’envie de se dépasser, le plaisir de l’exploration et la subversion créatrice. L’ambivalence de ces qualités qui fait la richesse de notre expérience nous permet de nourrir des pistes pour l’aménagement des espaces souterrains urbains actuels combinées dans des stratégies plurielles. Celles-ci visent à ce que les espaces souterrains puissent être intégrés dans l’expérience d’un monde.

Étant des êtres vivants en communication avec le monde, nous ressentons la qualité du mode d’apparaître des êtres, des choses et de ce qui nous environne. Afin d’étudier le mode de communication, d’une part, nous considérons cet environnement en tant que milieu (et milieu dont nous faisons partie) et d’autre part, nous envisageons la spatialité dans le sens d’Erwin Straus : soit comment un sujet vivant s’éprouve dans et avec le monde (milieu). Si l’espace construit nous configure, comme l’écrit Henri Maldiney, en même temps et réciproquement, nous participons à la configuration spatiale et temporelle pour et avec autrui. Cette position théorique et méthodologique permet de ne pas séparer les sujets vivants du milieu, et donc de ne pas traiter l’environnement indépendamment des personnes qui s’y trouvent et s’y déplacent. Une telle approche assure une cohérence pour une compréhension vécue du milieu prenant en compte des modes d’être, par exemple, un confort ou un malaise.

Nous avons d’abord proposé en octobre 2013 un workshop d’immersion grâce auquel nous avons mis en évidence des sollicitations et commencé à qualifier les milieux. Nous avons fait une étude des tonicités, des postures, des modes de déplacement, des manières d’être ensemble, de fréquentation des lieux, de manières de les éviter ou de les traverser. D’autres approches du terrain ont suivi en 2014, articulées avec des séances de séminaire au sujet de la description pour une restitution et un échange élargi. Ces diverses étapes permettent de partager les expériences afin de mettre en avant des éléments communs et / ou différents afin de restituer des éléments appropriables pour la maîtrise d’ouvrage et la maîtrise d’oeuvre.

Lorsque l’on parle d’espace souterrain, beaucoup imaginent d’abord un endroit sombre, triste et délabré, principalement parce que l’on se représente ces endroits comme des lieux laissés à l’abandon car nous ne sommes pas habitués à nous rendre dans ces espaces. Nous avons l’image d’une cave, d’un parking souterrain désagréable ou d’un tunnel mal éclairé. Mais un espace souterrain peut être tout autre chose, et rimer avec volume, détente, émerveillement, ou même avec lumière du jour !

Il existe en effet en France et de par le monde de nombreux exemples d’espaces souterrains très bien adaptés à la vie sous terre, dans lesquels il est agréable de circuler. Les enjeux de l’acceptabilité de ces espaces souterrains sont importants car la population des villes augmente sans cesse et plusieurs d’entre elles se retrouvent face à des problèmes de surpopulation. L’utilisation de l’espace souterrain pourrait être alors une solution pour densifier les villes sans pour autant détruire l’espace naturel. De plus, les avantages des aménagements en espace souterrain sont multiples. C’est un espace proche et facilement accessible, il offre une grande protection contre les séismes et les tempêtes et il a aussi de très bonnes qualités thermiques car il est bien isolé thermiquement et possède une forte capacité calorifique (reste chaud en hiver et frais en été). Cependant ces espaces sont encore assez peu répandus et ne sont pas très bien perçus par de nombreuses personnes.

Le travail décrit dans ce rapport a été effectué par l’ENTPE dans le contexte du projet national « Ville 10D ‐ Ville d’idées ». Ce projet national vise à développer une recherche appliquée sur la contribution du sous‐sol au développement urbain durable. Il est réparti en 5 thèmes (« Socio‐économie », « Environnement », « Psychosocial», « Visibilité, connaissance, gestion des données » et « Aspect juridique de l’urbanisme souterrain »).

C’est dans le thème 3 « Psycho‐social » que s’inscrit ce travail. Il fait suite à celui réalisé lors de la tranche 1 du projet Ville10D intitulé « Influence de l’éclairage sur la perception des espaces souterrains par les usagers » (Dumortier et al. 2014). Le coeur du travail réalisé dans cette première tranche consistait en une analyse de l’expression par une centaine d’individus, de leur ressenti vis‐à‐vis d’espaces souterrains situés à Paris‐La Défense et sur Lyon. Pour cette seconde tranche, l’objectif a été de compléter ces résultats en présentant cette fois‐ci des aménagements et des mises en lumière d’espaces souterrains jugés originaux, intéressants, voire exemplaires, aussi bien en France qu’à l’étranger.

Nous verrons dans un premier temps comment la lumière, les couleurs et les matériaux peuvent modifier la perception d’un lieu et comment la lumière naturelle peut être apportée en sous‐sol. Dans un deuxième temps, nous présenterons l’enquête psycho‐visuelle qui a été menée auprès de 40 volontaires, les photographies d’espaces souterrains qui leur ont été présentées et les questionnaires qui leur ont été associés. Enfin, nous analyserons les résultats obtenus à partir des réponses aux questionnaires ; d’abord à partir des notes attribuées aux différentes photos sur la base de différentes échelles sémantiques, puis à partir du verbatim généré par les questions ouvertes. Nous verrons que cette analyse nous a permis de cerner les attentes des usagers et d’élaborer des propositions concernant aussi bien l’éclairage que l’aménagement des espaces souterrains.

Les espaces souterrains ont des caractéristiques paradoxales qui contraignent l’action, tant pour l’aménagement que pour les pratiques. Prendre en compte le ressenti et la manière dont ces espaces sont investis implique de développer des outils (plans séquences, cartographies) et des méthodologies pour informer l’action. D’une part, ils permettent une compréhension dynamique ; donc adaptée à des espaces autonomes, confinés et articulés par des itinéraires d’accès aux issus. D’autre part, il s’agit de formes de visualisation pour mettre en débat, comme questions d’aménagement, des données du ressenti et des temporalités d’usages qui, bien qu’immatérielles, sont extrêmement tangibles. Aménager un espace souterrain, ce n’est pas faire accepter les techniques nécessaires à son fonctionnement. C’est faire que les dispositifs urbains, architecturaux ou technologiques s’adaptent à des pratiques spatiales.

C’est le sens des leviers méthodologiques suivants pour programmer l’action.

• Intervenir simultanément à différents niveaux de perception.
  • Ne pas dissocier la texture (niveau de perception embarquée ou corporelle) de la profondeur (niveau de perception lointaine ou visuelle).
  • Traiter l’enchaînement des espaces (complémentarité entre les programmes, visualisation des itinéraires, des issues, etc.).
• Partager l’expérience in-situ pour aménager.
  • Ouvrir un espace de discussion, non pré-orienté par un projet ou une vision prospective.
• Introduire au programme des espaces/temps flottants.
  • Ouvrir les fonctions dominantes (se déplacer, acheter, travailler, manger, etc.) à des usages non prévus.
  • Envisager une programmation-promenade, non polarisante, rendant visible la succession, spatiale et temporelle, des usages potentiels.
• Introduire des by-pass pour lever le verrou entre Multifonctionnalité des pratiques et Règles de sécurité par type de fonction.
  • Cantonner les lieux d’évacuation (fumées et hommes) dans l’épaisseur des parois (espaces servis / espaces servants de Louis Kahn).
  • Introduire des salles d’échanges, comme pour les transports, pour croiser les flux.
• Rendre visible la profondeur.
  • Creuser, modeler et ouvrir les plafonds pour facilité l’évacuation.
  • Abandonner la vision patrimoniale du parvis de La Défense au profit de la visibilité des espaces sous dalle.
  • Retrouver le sol et abaisser le niveau de référence des tours.

Dans le cadre de l’optimisation des espaces urbains et dans la perspective de développement durable des villes, les espaces souterrains, à l’instar des friches industrielles et urbaines, constituent des opportunités foncières intéressantes pour des espaces urbanisés généralement saturés en surface. Mais si la requalification fonctionnelle des secondes peut être difficile, la valorisation des espaces souterrains pose également problème car ces espaces sont souvent perçus comme très peu attractifs par les populations urbaines qui ne fréquentent essentiellement les souterrains des villes que pour se déplacer. La mise en place de scénographies paysagères intégrant du végétal fait partie des solutions qui permettent l’amélioration de la perception des espaces souterrains par les usagers. La mise en scène paysagère incluant du végétal permet d’avoir un impact psychologique sur les usagers de lieux et de modifier leur perception et représentation vis-à-vis des espaces considérés. Ils contribuent aussi à la valorisation esthétique de ces espaces mais aussi à rendre de nombreux services d’ordre éco systémique permettant par exemple l’assainissement de l’air et la régulation thermique de ces espaces confinés. Si les bienfaits des végétaux sont aujourd’hui démontrés, les aménagements paysagers développés sous différentes formes présentent en effet des bénéfices considérables et principalement en termes de cadre de vie et de confort quand ils permettent aussi de favoriser les liens entre le dessus et le dessous des métropoles. Mais pour permettre la valorisation de ces derniers par le végétal, il est nécessaire au préalable de lever les contraintes permettant l’installation et la durabilité des éléments vivants intégrés dans les aménagements paysagers imaginés dans les sous-sols et souterrains. Les technologies mises en oeuvre grâce au génie végétal et au génie urbain permettent de lever la plupart de ces contraintes et de les pérenniser. Un certain nombre d’ouvrages végétalisés tels que les murs végétalisés ont d’ores et déjà été mis en oeuvre dans de nombreux espaces souterrains de grandes métropoles. Mais il est possible d’imaginer des aménagements paysagers beaucoup plus développés, comme en témoigne l’expérience de la Low Line à New York, exemples qui peuvent contribuer à changer l’image des espaces souterrains.

Dans tout projet d’aménagement souterrain, la phase de reconnaissance des terrains est primordiale. Cette reconnaissance peut s’opérer par le biais de méthodes de mesure directes (forages, essais) ou indirectes (géophysique) et doit être complétée par la connaissance antérieure du site d’étude. L’ensemble de ces informations doit être stocké dans des bases de données dont la construction présente un certain nombre de problèmes et doit ensuite pouvoir être utilisé pour réaliser des modèles du sous-sol de différents paramètres utiles pour le projet de construction. Ces modèles devant être utilisés comme outils d’aide à la décision, il également important qu’ils ne soient pas pris comme « la » réalité, mais qu’ils soient présentés soit en termes probabilistes, soit assortis d’une incertitude. Dans le cadre de ce rapport, après avoir synthétiser les principaux éléments concernant les types de méthodes de reconnaissance directes ou indirectes et les caractéristiques relatives aux bases de données du sous-sol, les principales méthodes géostatistiques de construction de modèle 3D, répondant à l’objectif du projet Ville10D et permettant l’intégration de mesures indirectes dans les modèles, sont présentées. La mise en oeuvre d’un type de simulation géostatistique est ensuite réalisée, afin de démontrer comment l’intégration de mesures de résistivité électrique est un apport dans la reconstruction d’un signal pénétrométrique.

Ce rapport regroupe trois contributions rédigées dans le cadre de l’Action Caractérisation des Incertitudes et des Risques en Souterrain :

• Un travail d’harmonisation du vocabulaire, sous la forme d’un lexique proposant des définitions communes à l’ensemble des partie-prenantes. Les termes principaux y sont définis qui relèvent de trois registres : les concepts attachés au projet et à son contexte, les concepts relevant du risque, les concepts attachés au contenu du projet.
• Un état de l’art sur la gestion des risques liés aux projets de construction, avec un éclairage particulier sur les projets de tunnels. On y expose les enjeux d’une bonne maîtrise des risques projets, les questionnements sémantiques et méthodologiques et on donne quelques exemples de bonnes pratiques et recommandations techniques.
• Quelques éléments sur les aléas liés aux cavités existantes, qui constitueront l’un des sujets que nous approfondirons (comme l’une des typologies de projet souterrain) en 2015.

L’étude de sols est une étape incontournable en amont des projets de construction. Le chargé d’étude peut avoir recours à des méthodes d’investigations géotechniques et géophysiques. Nous proposons ici, une analyse conjointe des données issues des essais de pénétration dynamique (PANDA) et issues des tomographies de résistivité électrique (TRE). Un modèle 3D des propriétés électriques est construit avec des méthodes de géostatistique (bipoints et multipoints) pour identifier les volumes de sols homogènes. Ce modèle permet aussi d’estimer des valeurs de
résistivité vraie au même pas d’échantillonnage que les essais de pénétration dynamique.

L’objectif de ce rapport est de proposer une nouvelle approche pour le couplage des méthodes géophysiques et géotechniques appliqué à la reconnaissance des sols en milieu péri-urbain.

Après une période de développement urbain pendant les trente glorieuses, l’étalement urbain est devenu progressivement une préoccupation de premier ordre. Aujourd’hui, les politiques urbaines tendent vers un équilibre entre l’économie des ressources foncières et les besoins croissants en termes de logements, d’équipements et de développement économique, un équilibre de développement durable – principe qui irrigue les textes de loi depuis près de vingt ans. La gestion économe des sols participe à cet équilibre et présente divers enjeux : écologique (l’urbanisation intensive est source de dégradation de la faune et de la flore), climatique (v. développement des gaz à effet de serre), alimentaire (consommation et dégradation des espaces agricoles), de qualité de vie d’une façon plus générale.

Cependant, malgré les efforts des pouvoirs publics en ce sens, la densification de l’espace urbain connaît ses limites, en particulier face à une pression forte en matière de demande de logements. L’alternative serait-elle de développer l’aménagement de l’espace souterrain ?

C’est la question qui préside au projet national « Ville 10D – Ville d’idées ». Au-delà des questions liées à l’opportunité économique de l’aménagement souterrain, aux contraintes techniques et à l’acceptabilité de l’usage souterrain, l’état du droit actuel permet-il de développer l’aménagement du sous-sol ?