Focus

Confort d’été prédictif dans le bâtiment

Quelle sélection de la météo ?

L’inconfort thermique estival en France métropolitaine est d’ores et déjà une réalité, lourde de conséquences sur le bien-être et la santé. Pour les bâtiments conçus aujourd’hui, il est ainsi indispensable de comprendre les conditions de confort qu’ils pourront offrir à leurs occupants à l’horizon 2050, soit à un tiers environ de leur durée de vie. Ces études prospectives, réalisées par simulations thermiques dynamiques, nécessitent de sélectionner des données climatiques vraisemblables et cohérentes. Etamine a mis au point pour cela une méthode de caractérisation de ces données climatiques.

Le bilan dressé par Météo France

Ce graphique présente les vagues de chaleurs observées par le passé avec, en abscisse, la durée de la vague, et en ordonnée, l’intensité maximale de la vague à l’échelle de la France métropolitaine (température quotidienne maximale atteinte). Enfin, la taille des bulles représente la sévérité : plus l’aire de la bulle est grande, plus la canicule a été sévère cette année là.

Les données de Météo France font état de canicules de plus en plus précoces et de plus en plus intenses. Le graphique ci-contre recense les vagues de chaleur depuis 1947. Le phénomène remarquable ces 3 dernières années est la répétition des vagues de chaleur : on dénombre deux vagues en 2019 et deux en 2022.

Analyse des vagues de chaleur de l’année 2022 par Météo France Crédit photo : Etamine – Météo France

 

 

 

 

 

 

Exemple de détermination des vagues de chaleur. Source : Etamine – Lyon – RCP 4.5 – Horizon 2050 – Maximums estivaux
Exemple de détermination des vagues de chaleur. Source : Etamine – Lyon – RCP 4.5 – Horizon 2050 – Maximums estivaux

La caractérisation des vagues de chaleur

Pour caractériser un fichier météo en été, il faut pouvoir identifier les vagues de chaleur. Les vagues de chaleur (aussi appelées canicules) sont des périodes où la température extérieure reste élevée même la nuit, soumettant les bâtiments à un stress intense.

Dans notre méthode de caractérisation des fichiers météos, afin de déterminer la durée de la vague de chaleur, nous nous sommes basés sur la méthode d’identification opérationnelle de Météo-France qui est la suivante :

Une vague de chaleur démarre dès lors que la température moyenne journalière dépasse 23°C et se termine selon l’une des conditions suivantes :

  • interruption de la vague de chaleur si la température moyenne journalière est inférieure à 23°C pendant 3 jours consécutifs ;
  • interruption de la vague de chaleur si la température moyenne journalière descend sous 20°C, même une seule journée.

 

Un deuxième paramètre important pour caractériser la vague de chaleur est son intensité.

Nous avons défini cette grandeur de sorte à :

  • avoir une définition claire, facilement appréhendable par les acteurs du bâtiment ;
  • ce qu'elle soit calculable en un temps raisonnable ;
  • ce qu'elle soit compréhensible et rattachée à une grandeur physique permettant son interprétation ;
  • ce qu'elle traduise le caractère intense. Plus cet indicateur sera grand, plus le bâtiment sera soumis à un stress fort.

Entre les méthodes existantes et ces contraintes, nous avons choisi de traduire l’intensité de la vague de chaleur en regardant sur la durée de la vague le DJR24 moyen par jour (Degré Jour de Réfrigération).

Cet indicateur mesure l’écart sur une plage de 24 heures entre la température moyenne observée et une température de référence considérée ici à 24°C. Plus il fait chaud, plus le DJR24 est grand. La méthode de calcul choisie est la méthode Costic.

Le choix d’utiliser les DJR a été fait car un DJR reflète les températures minimales et maximales journalières. Ainsi, le DJR donne des informations sur les conditions critiques de la journée et également sur le potentiel de rafraîchissement en soirée. De plus, cet indicateur est connu dans le monde du bâtiment, ce qui rend sa compréhension aisée.

Une analyse à adapter au contexte géographique

Toutes les vagues de chaleur ne sont pas aussi intenses selon là où l'on se trouve en France. Par exemple, pour les canicules de 2003 ou 2006, l’intensité de la vague n’a pas été la même sur toute la France. Cela se retrouve bien dans la valeur des DJR24 moyens journaliers calculés selon la localisation dans le tableau ci-dessous.

Tableau de comparaison des canicules de 2003 et 2006 selon les villes
Crédit photo : Météo France
Tableau de comparaison des canicules de 2003 et 2006 selon les villes Crédit photo : Météo France

Aussi, pour prendre en compte ces spécificités géographiques, notre outil d’analyse intègre 6 zones géographiques de référence.

Nombre de jours où la température a dépassé 35 °C (du 1er au 18 août 2003) - © Météo-France
Nombre de jours où la température a dépassé 35 °C (du 1er au 18 août 2003) - © Météo-France

 

 

 

 

Une caractérisation graphique basée sur l’observation des vagues de chaleur passées

Après avoir choisi de quantifier les vagues de chaleur du fichier météo à considérer dans notre étude par le couple d’indicateurs [durée / intensité évaluée par DJR24 moyen par jour], il a fallu déterminer une méthode pour caractériser ce fichier.

Suite à l’observation des bilans dressés par Météo France sur les vingt dernières années, nous avons analysé finement et par région les dernières vagues de chaleur passées sur les années caniculaires de 2003, 2006, 2018 et les deux vagues de chaleurs de 2019.

Cette analyse des vagues de chaleur passées nous a permis de construire un outil graphique de caractérisation du fichier météo. Cinq zones ont été définies en fonction des durées/intensités des vagues. Elles permettent selon les zones géographiques de caractériser l’intensité d’une vague (Faible – Moyenne – Intense – Très Intense –Extrême). Ces dénominations sont issues de l’étude des vagues passées et des prévisions du GIEC.

Par exemple, pour une vague d’une durée de 10 jours, le fichier météo est qualifié d’extrême pour un DJR24 moyen par jour de 5 à Marseille et 4.5 à Paris.

Source : Etamine
Source : Etamine
Source: Etamine
Source: Etamine

Outil de caractérisation des fichiers météos, comparaison des plages définies pour deux zones géographiques différentes Marseille et Paris

Ainsi, la caractérisation de nos fichiers météorologiques utilisés en études – qu’ils soient passés ou prédictifs – est réalisée à l’aide de ce graphique.

Pour les vagues supérieures à 15 jours, une analyse complémentaire de l’intensité sur les 15 jours les plus rudes est réalisée pour ne pas masquer des épisodes plus intenses.

Puis les différentes vagues de chaleur identifiées sont positionnées graphiquement. Cela permet de confirmer le choix de l’utilisation de ces données météorologiques pour réaliser l’étude de confort et ainsi guider la conception du bâtiment projet.

Par exemple, le fichier météorologique pour la ville de Lyon obtenu à l’aide du logiciel Météonorm, avec le scénario RCP 4.5 à l’horizon 2050, avec en période estivale des températures et des rayonnements choisis parmi les maxima (valeurs mensuelles extrêmes), est qualifié d’extrême.

Il possède deux vagues de chaleur de plus de 30 jours qui sont comparables à la canicule de 2018 et de 2003 sur les 15 jours les plus rudes.

On retiendra ainsi comme vague de chaleur dimensionnante la plus défavorable (ici les 15 jours les plus rudes sur la vague 1), comparable à la canicule de 2003.

Exemple du graphique de caractérisation d’un fichier météorologique prédictif pour la Ville de Lyon selon le scénario RCP4.5 à horizon 2050. Source: Étamine
Exemple du graphique de caractérisation d’un fichier météorologique prédictif pour la Ville de Lyon selon le scénario RCP4.5 à horizon 2050. Source: Étamine

Cet outil de caractérisation nous permet aujourd’hui d’échanger de façon pertinente avec nos équipes de projet sur le comportement estival des bâtiments sur lesquels nous intervenons. Engager ce dialogue, à l’aide de nos outils de simulation thermique dynamique, nous permet de mettre au point les dispositifs d’adaptation climatique les plus adéquats, qui cumulent adaptation architecturale, mobilisation des occupants et des gestionnaires.