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Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et le projet
EUREQUA
B. CarissimoCEREA
Présentation IBPSA le 26/5/2015
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Plan
• Contexte• La modélisation micro-météorologique urbaine :
– outils numériques– mesures– validation
• Le projet ANR EUREQUA– Presentation– Mesures– modélisation
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Outil numérique
Modélisation détaillée de l’environnement atmosphériqueà l’échelle du quartier :(point de vue de l’atmosphère urbaine)
Prise en compte de :• vent• dispersion des polluants• échanges énergétiques
Options :• chimie• cycle eau
Code_Saturne , CFD open-source ( www.code-saturne.org )
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Bilan énergétique 3D
Jour
Nuit
QH
L*
S*
TintTw
Qcond
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Modélisation de l’atmosphère urbaine(modèle radiatif)
SD
Sf
• Développement d’un modèle radiatif atmosphérique 3D (Milliez 2006)
• Etude fine des échanges thermo-radiatifs (Qu 2011)
• Implémentation d’un modèle de canopée végétale (Zaidi 2012)
• Implémentation d’un modèle de bâtiment (Daviau 11/2015)
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Model designHybrid surface temperature models:
Ground: Force-restore model (Deardorff, 1978)
(2 layers : heat + water budgets )
Buildings walls: Wall thermal model
*int
* * *
2 ( )gg g g
g
w H LE F
TQ T T
t
Q L S Q Q Q
ω ωµ
∂= − −
∂
= + − − −
4int( ) ( ) ( ) (1 )( )w
w w f a w w a e w D f ew
T T h T T L L T S S Seλ ε σ α− = − + + − + − + +
withcondQ HQ *L *S
QH
L*
S*
TintTw
Qcond
![Page 7: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/7.jpg)
Thèse Noëlie Daviau
![Page 8: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/8.jpg)
Validation (radiatif)
![Page 9: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/9.jpg)
10 - Présentation d’été des Doctorants MFEE 2011
Studies on dispersion (Milliez and Carissimo, 2007)
Coupling validation (Qu et al. 2011a)
Results: a comparison of two radiation modelsComparison based on Mock Urban Setting Test (MUST) experimental dataset (Yee and Biltoft, 2004)10 rows of 12 containers: L=12.2m , W=2.42m , H=2.54m
63 releases ~ 15 min
NCode_Saturne
SOLENE
Min cell size: 0.5x0.8x0.5m
Total cells : ~ 55,000
Sky elements: 1024
Scene cells : ~ 8,800
a) b)
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11 - Présentation d’été des Doctorants MFEE 2011
Results: a comparison of two radiation modelsComparison of direct solar flux
Comparison of long-wave radiation flux•Incident direct solar flux: a) without multi-reflections; b) after multi-reflections
•Incident long-wave radiation flux
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Effet du brouillard (avant formation)
Thèse L. Makke, 6/2015)
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Effet radiatif du brouillard /bâtiment (début de formation)
Thèse L. Makke, 6/2015
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Validation dynamique/thermique : rue canyon (EM2PAU)
Athamena, 2012
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Simulations EM2PAU(mesures, sans et avec effets thermiques)
Le 06/04/2011 à 7h
Thèse Noëlie Daviau
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• Simulation of July 15th 2004 Thermal infrared (TIR) airborne images 1412 UT during flight 432 (Lagouarde et al. 2010):
Measured,source: Hénon (2008) Simulated Tsfc (°C)Simulated Tbr (°C)
1/ 4br sfcT T ε≈
Validation with CAPITOUL dataset (Qu, 2012)
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Etude fine des échanges radiatifs et convectifs dans l’atmosphère urbaine
• Simulation of July 15th 2004Diurnal evolution for Tbr of different positions of the infrared thermometers
Source: Pigeon (2004)
Brig
htne
ss te
mpe
ratu
re (°
C)
UT Hours
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ANR - Programme Bâtiments et Villes Durables 19
SHSLISST-Cieu (Toulouse)
LAVUE (Paris)LPED (Marseille)
SPI GAME - climatologie
urbaineIFSTTAR – acoustique
CEREA – qualité de l’air
Professionnels IAU-IdF
Ateliers Lion
Acteurs institutionnels Toulouse MétropoleVille de Marseille
Projet ANR EUREQUA• Evaluation mUltidisciplinaire et Requalification
Environnementale des QUArtiers
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Principaux résultats et faits marquantsProtocole des campagnes conjointes de Mesures physiques & Enquêtes (Marseille, juin 2013)
ANR - Revue de projets - Programme Bâtiments et Villes Durables 20Date
Réseau fixe météoRéseau fixe QACircuit mesures physiquesCircuit physiques/enquêtesSonomètre fixeComptage trafic
Source : GoogleEarth
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ANR - Revue de projets - Programme Bâtiments et Villes DurablesDate
Principaux résultats et faits marquantsCampagnes conjointes de mesures physiques &
Enquêtes
ANR - Revue de projets - Programme Bâtiments et Villes Durables
Caméra thermique
Niveau sonore (mesures mobiles) Température de l’air (mesures mobiles)
6h 9h 12h 15h 18h 21h
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Fichier xxx.is2(format Fluke)
visible
Infra-rouge
Fichier texte~ 2500 – 3000 par POI(> sur Toulouse!)
Camera Infrarouge(CEREA)
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Images IR classées et mises à l’échelle
N
S
Temps Ex : Toulouse POI 3 /Point 1
E
O
![Page 22: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/22.jpg)
Evolution temporelle du flux infrarouge (caméra thermique) en W/m2
Toulouse POI 3 de Juin 2014
Temps en h
![Page 23: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/23.jpg)
Modélisation
Modèle météo MESO-NH/TEB(Météo France / CNRM) Forçages météo /
Conditions aux limites
Champs micrométéo
Modèle acoustique (IFSTTAR)
Modèle CFD+thermo-radiatif(Code_Saturne, CEREA)(800m x 500m)
Modèle dyn de trafic(ou comptage)
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Maquettes numériques:Maillages pour les simulations
numériques CFD (Code_Saturne)• Toulouse• Marseille
• (Paris)
27
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Modélisation Marseille
IGNBD-TOPO Maillage Code_Saturne
Geométrie et maillage :salome-platform.org
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Géométrie: Bâti + Block+ Végétation + Terrain de sport
zoom
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6.6 M mailles
Maillage: Bâti + Block+ Végétation + Terrain de sport
zoomé
![Page 28: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/28.jpg)
Toulouse Bordelongue :
rocade
route1
route2
route3
Prise en compte des sources locales de polluant dans le maillage
![Page 29: Simulations micro-météorologiques de quartiers urbains et …ibpsa.fr/.../presentations-26052015/ibpsa_carissimo-v3… · · 2015-05-27– Presentation – Mesures – modélisation](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020412/5ad843127f8b9a3e578d3253/html5/thumbnails/29.jpg)
Simulation Code_Saturne couplé à Meso-NH(impact local de la rocade sud ouest)
Z. Gao
Murs anti-bruit (rocade)
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Perspectives
• Comparaison avec les mesures sur Marseille,
Paris/Bagnolet et Toulouse
• Contribution locale à la qualité de l’air
• modèle de bâtiment complet, couplage avec
Meso-NH (Météo-France)
• Simulation de modifications des quartiers à partir de
scénario
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Merci pour votre attention !