Représentation multi-échelle des transferts entre couche de canopée urbaine et atmosphère à l'échelle de la ville

Multi-scale representation of atmospheric transfers between urban canopy and atmosphere at city scale

• Auteur / Autrice : Magdalena Mache
• Direction : Jean-François Sini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes (1962-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microclimat urbain

Microclimatologie

Canopée

Résumé

A l'heure actuelle, la puissance des calculateurs ne permet pas encore de procéder à des simulations numériques détaillées des flux de masse, de quantité de mouvement, de chaleur et d'humidité à l'échelle d'une ville. L'objectif principal de cette thèse est de développer une méthode permettant de représenter la canopée urbaine à une échelle intermédiaire entre l'échelle du bâtiment et l'échelle urbaine. Dans un premier temps, une approche de traînée, initialement développée pour l'étude des canopées végétales, a été adaptée à l'étude du milieu urbain. Elle a été introduite dans le code LES atmosphérique ARPS (Advanced Regional Prediction System of Storms). Cette méthode permet de déterminer les flux à l'intérieur de la canopée, sur des domaines d'études étendus à l'échelle d'une ville, en permettant de distinguer les différents quartiers en fonction de leur morphologie. L'écoulement à l'intérieur et au-dessus de canopées homogènes a ensuite été étudié pour quatre densités. Pour aborder l'étude des canopées hétérogènes, on s'est d'abord intéressé à la transition entre deux quartiers de morphologies différentes, avant de simuler l’écoulement au dessus d’un domaine d'étude de la ville de Nantes par extraction des données morphologiques de la base de données BDTopo à partir du logiciel OrbisGIS. Dans la dernière partie de la thèse, un modèle thermique a été développé pour permettre de déterminer les profils de température de l'air à partir des flux thermiques des bâtiments en fonction de la quantité des surfaces de murs, de toits et de sol artificiel.

Nowadays informatics capacities do not permit yet to simulate en detail mass, moment, heat and humidity fluxes at city scale. The principal object of this thesis is to develop a method permitting a representation of the urban canopy at en intermediate scale between the neighbourhoods scale and the city scale. Firstly a drag force approach, initially developed for vegetation canopy studies, was adapted to urban canopy studies. It was introduced to the LES code ARPS (Advanced Regional Prediction System of Storms). This method permits to determine fluxes within the canopy, in domains extended to city scale, while different quarters are distinguished by their morphology. The flow within and above homogeneous canopies was then investigated for four densities. In the case of heterogeneous canopies, the transition between two canopies of different morphologies was studied before simulating the flow above a domain of the city of Nantes. The canopy was represented by morphological data extracted of the data base BDTopo with the tool OrbisGIS. In the last part of the thesis a thermal model was developed in order to permit to determine air temperature profiles influenced by the thermal fluxes of the buildings in function of the quantity of wall, roof and artificial soil surfaces.