Diagnostic, conception & Gestion de la Surchauffe urbaine en période de canicule : apports croisés des outils de simulation Microclimatique et de l’imagerie IRT – DIAMS

Le projet est structuré autour de 5 axes de recherche pour résoudre les verrous scientifiques relatifs au traitement et à l’exploitation des données satellite:

- Le volet EXPE pour sélectionner et préparer les données expérimentales dont dispose le consortium sur les températures de différentes surfaces urbaines (toits, sols, façades, stations de métro, intérieur de bâtiments), des températures d’air, ou des images aéroportées ou mesures Lidar. Cette étape permettra aussi de choisir les données les plus adaptées pour alimenter les travaux des autres volets du projet.

- Le volet MODE pour qualifier les modèles développés ou utilisés par le consortium sur la base des jeux de données sélectionnés dans le volet EXPE. Les résultats des modèles de simulation microclimatique à l’échelle quartier seront comparés entre eux et avec les données expérimentales sélectionnées dans différents cas d’étude. Dans ce volet, les modèles seront préparés pour un forçage des températures de surface en utilisant les températures obtenues à partir des images satellite, en alternative à leur calcul.

- Le volet IRT pour mettre en place les méthodes d’exploitation des images IRT urbaines. Deux contributions majeures sont visées. La première est l’adaptation de la méthode d’estimation de la température de surface (LST) à partir des images satellite aux particularités du milieu urbain (en identifiant les facteurs induisant des erreurs : matériaux, composition des façades de bâtiments, leur orientation…). La seconde est l'estimation de l’impact sur les calculs de température de l’air de l’utilisation de ces LST en conditions aux limites des modèles microclimatiques en fonction de la résolution spatiale et temporelle de la donnée satellite. Les méthodes développées à cette étape doivent permettre d’identifier les quartiers les plus sensibles aux surchauffes urbaines.

- Dans le volet PREVI, il s’agit de montrer la faisabilité de produire un outil de prévision à court terme des zones chaudes ou fraîches à l’échelle du quartier en période de canicule, à partir des données IRT satellitaire à fine résolution spatiale et temporelle et de prévisions météorologiques. Cet outil vise à identifier les bâtiments et espaces extérieurs sensibles et les zones plus fraîches. La composition de chaque quartier, et notamment les matériaux étant généralement méconnue, ce volet s’appuiera notamment sur le deep learning pour construire un métamodèle à partir des données IRT antérieures qui permettra ensuite, à partir des prévisions futures, d’évaluer le risque de surchauffe.

- Le volet APPLI met en application des développements réalisés dans les volet IRT et PREVI afin de valider la possibilité d’utiliser en bureau d’études les outils mis en place par l’illustration sur des cas concrets.

Le projet DIAMS permettra de mettre au point des méthodes et outils pour :

- Estimer la température de surface (LST) en milieux urbains complexes à la résolution de 50-60 m ;
- Utiliser conjointement la donnée IRT et la modélisation microclimatique pour estimer les températures d’air, ce qui permettra de mieux statuer sur la surchauffe urbaine et les conditions de confort thermique;
- Estimer les températures prévisibles à quelques jours à partir des données IRT.

De plus, le projet fournira des jeux de données préparés comme première base de cas d'études standardisés (Benchmarks) permettant à d’autres modélisateurs de valider et comparer leurs outils de microclimatologie urbaine.

D’autres aspects du projet seront la validation et l’amélioration potentielle des modèles microclimatiques existants, et la création de jeux de données de validation pour les modèles microclimatiques, lesquels seront mis à disposition de la communauté scientifique.

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Le projet DIAMS a pour objectif d’évaluer l’apport de mesures satellitaires dans l’infrarouge thermique (IRT) pour le diagnostic et la gestion de la surchauffe urbaine de l’échelle de la ville à celle du quartier.
Il anticipe l’arrivée de nouvelles missions spatiales, dont le projet France-Inde TRISHNA (lancement prévu en 2025) qui fournira des images IRT à une résolution spatiale de l’ordre de 50 m tous les 2 à 3 jours, et plus tard la mission LSTM de l’ESA aux caractéristiques similaires.
Le projet DIAMS mettra en place des méthodes robustes adaptées aux milieux urbains pour exploiter les données acquises par télédétection IRT afin d’obtenir des températures des surfaces et étudier le confort thermique à l’échelle du quartier.

Pour parvenir à cet objectif, le projet est construit autour d’un volet de coordination et de 5 volets de recherche dont les objectifs sont décrits ci-dessous.
Le volet MODE se concentre sur la qualification des modèles développés ou utilisés par le consortium sur la base des jeux de données sélectionnés dans le volet EXPE. Il analyse également l’impact dans ces modèles d’un forçage par les températures de surface.
Le volet EXPE a pour objectif la sélection et la préparation des données expérimentales dont dispose le consortium sous forme de benchmarks pour le volet MODE et de données de validation pour le volet IRT et PREVI.
Le volet IRT est dédié à la mise en place des méthodes d’exploitation des images IRT urbaines. Deux contributions majeures sont visées : une adaptation de la méthode d’estimation de la température de surface (LST) aux particularités du milieu urbain et l’utilisation de ces LST estimées en conditions aux limites des modèles microclimatiques du volet MODE.
Dans le volet PREVI, il s’agit de montrer la faisabilité de produire un outil de prévision à court terme des zones chaudes ou fraîches à l’échelle du quartier en période de canicule, à partir des données IRT satellitaire à fine résolution spatiale et temporelle.
Enfin, le volet APPLI met en application des développements réalisés dans les volet IRT et PREVI afin de valider la possibilité d’utiliser les outils mis en place par l’illustration sur des cas concrets.

DIAMS aboutira ainsi à la mise en place des méthodes et outils pour :
? L’estimation de la température de surface (LST) en milieux urbains complexes à la résolution de 50-60 m ;
? L’utilisation conjointe de la donnée IRT et de la modélisation microclimatique pour estimer les températures d’air, ce qui permettra de mieux statuer sur la surchauffe urbaine et les conditions de confort thermique;
? L’estimation des températures prévisibles à quelques jours à partir des données IRT.
De plus, le projet fournira des jeux de données préparés comme première base de cas d'études standardisés (Benchmarks) permettant aux modélisateurs de valider et comparer les outils de microclimatologie urbaine.