La viabilité hivernale. De la problématique globale aux modèles numériques locaux de
1 Qu’est-ce que la viabilité hivernale (VH) ?
3.4 Synthèse et présentation de la démarche choisie
Notre étude consiste donc à contribuer à la modélisation micro-climatologique des situations hivernales en milieu urbain. Plus précisément, elle porte sur la problématique de la viabilité hivernale des routes. L‟objectif est d‟améliorer la prévision de l‟état de surface de la route, ce qui permettrait d‟agir beaucoup plus en amont sur les problématiques liées à l‟activité de la viabilité hivernale. En effet, disposer d‟une prévision correcte de l‟état de surface permet aux gestionnaires et aux responsables en charge de la viabilité hivernale de prendre les décisions adaptées, aux bons moments et aux bons endroits. Elle permet aussi d‟en tirer des profits économiques (assurer les déplacements, optimiser les opérations d‟entretiens des routes, etc.) et environnementaux (optimiser l‟utilisation de fondants routiers) importants.
Néanmoins, l‟état de surface est le résultat de nombreuses influences, il est par conséquent difficile de le prévoir avec précision sur la totalité de l‟étendue spatiale des réseaux d‟infrastructures. C'est la raison pour laquelle on trouve un nombre assez important de modèles de prévision de l‟état de surface dans la littérature. Chaque modèle possède ses caractéristiques, ses spécificités de calculs et ses hypothèses. Cependant, les flux thermiques générés par les différents processus relatifs au microclimat urbain ont été jusqu‟à présent plus difficiles à aborder, en raison de leur multiplicité, de leur complexité et/ou de modèle pour aborder ce genre de problématique.
Comme nous l‟avons déjà montré, le microclimat urbain à une influence significative sur l‟état de surface de la route. Prendre en compte ces différents facteurs d‟impact contribue à l‟amélioration de sa prévision. Ceci rejoint l‟idée, évoquée précédemment, que le choix du modèle est primordial pour aborder cette problématique. Pour cela, notre choix s‟est porté sur le modèle Town Energy Balance (TEB). Les processus physiques de la ville évoqués par ce modèle sont complets. Il a été développé par Masson (Masson, 2000) au Centre National de Recherche Météorologique (CNRM) afin de paramétrer les processus radiatifs, énergétiques, hydriques, et turbulents aux interfaces entre surfaces bâties et atmosphère. Ce modèle ne cesse d'être amélioré afin d‟obtenir de plus hautes résolutions avec prise en compte de façon plus réaliste des différents aspects relatifs au climat urbain.
Les processus des impacts du microclimat urbain peuvent être divisés en deux catégories : ceux liés à la morphologie urbaine (occupation du sol, hauteur de bâtiments, rugosité,
comportement thermiques des matériaux, etc.) et ceux liés aux apports thermiques d‟origine anthropique (chauffage, trafic, activité industrielle).
Les aspects spécifiques liés à la morphologie urbaine et leurs influences sur le climat urbain et le bilan énergétique en ville ont été intégrés d‟une manière détaillée et complète dans le modèle TEB. Ce modèle a été validé par plusieurs équipes de recherche et dans différentes configurations et conditions climatiques (Masson et al., 2002 ; Lemonsu, 2003 ; Offerle et al., 2005 ; Pigeon et al., 2008 ; Bueno et al., 2012). Cependant, le trafic était intégré dans le cadre de l‟étude du confort urbain. Son apport énergétique était considéré comme étant une constante additionnée aux flux turbulents de chaleur sensible et latente du canyon urbain. L‟intérêt était d‟évaluer les impacts des apports énergétiques d‟origine anthropique sur le confort urbain et de les intégrer dans la modélisation du bilan thermique en ville. Les résultats de cette étude ont été validés dans des conditions estivales et sur des paramètres reflétant le confort urbain tels que la température d‟air, le flux de chaleur du canyon urbain, le bilan thermique des bâtiments, etc. (Pigeon et al., 2008 ; Colombert 2008).
Dans le cadre de l‟amélioration de la prévision de l‟état de surface en milieu urbain, on cherche à apprécier les apports thermiques générés par le trafic automobile. Pour cela, nous décrirons dans le chapitre suivant les différents processus physiques d‟impacts du trafic et évaluerons expérimentalement certains apports énergétiques influençant la température de surface de la route. Dans le troisième chapitre, nous définirons une approche physique pour intégrer ces apports thermiques dans le modèle TEB, puis étudierons sa sensibilité aux différents processus physiques associés au trafic, puis déterminerons quels sont les processus les plus significatifs contribuant à l‟amélioration de la modélisation de l‟état de surface de la route.
De plus, l‟état de surface de la route est sensible aux quantités d‟eau présente. Cependant, cette lame d‟eau est influencée par plusieurs processus physiques : ruissellement, infiltration, évacuation par les conduites d‟assainissement, et aussi par d‟autres facteurs d‟origine anthropique tels que le trafic automobile. Le quatrième chapitre abordera la problématique des impacts thermiques de la lame d‟eau sur la modélisation de l‟état de surface. Dans un premier temps, nous allons présenter une étude de sensibilité de l‟état de surface à la hauteur de la lame d‟eau. Par la suite nous étudierons les impacts du trafic sur le bilan hydrique de surface de la route, et particulièrement le processus de nébulisation. Nous identifierons ce phénomène, le décrirons et déterminerons une approche physique pour l‟évaluer et l‟intégrer
dans la modélisation du bilan hydrique de surface de la route. Et enfin, nous terminerons par la sensibilité du bilan hydrique à ce processus d‟impact du trafic et analyserons son impact sur la modélisation de l‟état de surface de la route.