Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Revue Internationale de Géomatique. Volume 16 – n° 1/2006, pages 71 à 91 Dévelo

Revue Internationale de Géomatique. Volume 16 – n° 1/2006, pages 71 à 91 Développement et mise en œuvre d’un SIG 3D environnemental urbain D. Siret, M. Musy, F. Ramos, D. Groleau, P. Joanne Laboratoire CERMA – UMR CNRS 1563 École d’Architecture de Nantes Rue Massenet, BP 81931, F-44319 Nantes Cedex 3 {daniel.siret, marjorie.musy}@cerma.archi.fr RÉSUMÉ. Les systèmes d’information géographique ont un rôle important à jouer en matière de développement durable urbain, tant pour ce qui concerne la collecte et l’analyse des propriétés environnementales des constructions et des espaces urbains, qu’en matière de communication et de concertation autour de ces enjeux dans les projets d’aménagement. À cette fin, les SIG doivent savoir prendre en compte la troisième dimension et s’interfacer avec des outils de simulation des phénomènes physiques urbains. Cet article présente une tentative de réponse à ces objectifs. Nous exposons la structure d’un SIG 3D environnemental urbain, actuellement développé et mis en œuvre dans des situations concrètes à Nantes, ainsi que les modalités d’intégration des données environnementales urbaines dans ce système. ABSTRACT. Geographic information systems have a primary role to play for sustainable urban development, as tools for collecting and analyzing environmental properties of buildings and urban spaces, either as a support for communication and public participation in urban planning. To this end, GIS should take into account the third dimension and they should be able to interoperate with existing simulation tools of urban physical phenomena. This paper introduces an environmental urban 3D GIS system that aims at achieving these objectives. We expose the structure of the system, currently experienced in real urban processes in the city of Nantes, and we show the way environmental data is integrated to it. MOTS-CLÉS : SIG 3D, Modélisation 3D, Simulation environnementale, Aménagement urbain, Bâtiments. KEYWORDS: 3D GIS, 3D Modelling, Environmental simulation, Urban planning, Buildings 1. Introduction Les questions liées au développement durable urbain donnent lieu à un intense foisonnement intellectuel depuis une dizaine d’années (cf. MEDD, 2002 pour une analyse bibliographique). Les problématiques soulevées touchent aux questions sociales et économiques, mais aussi aux problèmes liés à l’impact environnemental des constructions et des aménagements urbains. Les bâtiments (secteurs résidentiel et tertiaire) consomment actuellement plus de 40% de l’énergie finale consommée en France, et sont responsables de 20% des émissions de gaz à effet de serre 1. Par ailleurs, on estime que 60% de la surface du parc de résidences principales projeté en 2050 sont déjà construits aujourd’hui. On sait également qu’un grand nombre des immeubles collectifs existants ont été construits dans les années 1962-1975 (notamment sous la forme de grands ensembles périurbains), c’est-à-dire avant le premier choc pétrolier et les premières réglementations concernant l’isolation thermique des constructions. Dans ce contexte, une gestion environnementale des projets urbains apparaît aujourd’hui nécessaire. Elle implique une évaluation de l’impact environnemental des projets de transformation urbaine, qu’il s’agisse d’actions incitatives de réhabilitation, d’opérations de renouvellement urbain ou de projets d’extension. Cette évaluation porte notamment sur les prélèvements qu’opèrent les bâtiments et infrastructures urbaines en matière de ressources naturelles non renouvelables (espace, énergie), sur la production de déchets (gaz à effets de serre, pollution des sols et des cours d’eau), ou sur les implications des phénomènes physiques en matière d’ambiances urbaines et de confort intérieur des bâtiments (thermique, sonore, visuel). De nombreuses recherches en cours tentent d’évaluer ces effets et d’infléchir les projets urbains au moyen d’indicateurs environnementaux (cf. par exemple Cherqui et al, 2004). Les SIG peuvent jouer un rôle central dans l’accomplissement de ces objectifs. Ils permettent de capitaliser et de croiser les données environnementales urbaines, qu’elles soient issues d’observations ou de simulations de phénomènes physiques, à de multiples échelles spatiales et temporelles. Les SIG deviennent alors les lieux de construction et d’évaluation des indicateurs de durabilité urbaine, agrégeant les dimensions physiques, économiques, sociales et culturelles. Les SIG peuvent également faciliter le dialogue et la concertation entre les acteurs des projets urbains, en produisant une information environnementale complète, claire et lisible par les non-experts. De nombreuses études mettent ainsi l’accent sur le rôle central que peuvent jouer les systèmes d’information dans les processus de communication et de concertation en matière d’aménagement urbain (Laurini, 2001, Sten Hansen, 2004). Il existe une nécessité fondamentale d’utilisation de la troisième dimension pour les données environnementales caractérisant les bâtiments et les infrastructures urbaines. Il est par exemple très réducteur de représenter l’ensoleillement d’un 1. Cf. Mission Interministérielle de l’Effet de Serre : http://www.effet-de-serre.gouv.fr/ immeuble par un attribut moyen sur la parcelle. Non seulement les valeurs d’ensoleillement sont différentes suivant l'orientation des façades (qui peuvent avoir elles-mêmes des formes et hauteurs différentes) mais de plus, par les effets de masques propres aux milieux urbains denses, ces valeurs varient considérablement entre les niveaux bas et haut d’un même immeuble. Il en va de même pour ce qui concerne l’exposition au vent, aux bruits ou au regard. Dans tous ces cas, il est nécessaire de moduler les données en fonction des différents niveaux des bâtiments, c’est-à-dire d’affecter les données non pas aux entités géographiques représentées en deux dimensions, mais aux éléments composant l’enveloppe des objets analysés. Le développement de SIG 3D environnementaux urbains se situe ainsi à la croisée de deux domaines de recherche : – Celui de l’analyse environnementale des milieux urbains, développé de longue date dans de nombreux champs physiques (phénomènes sonores, pollution atmosphérique, hydrologie, accessibilité visuelle, etc). Même si la simulation de ces phénomènes est généralement réalisée dans l’espace 3D en intégrant les effets des bâtiments, les informations sont souvent produites dans une logique cartographique, plaquées au sol ou sur un plan horizontal arbitraire. Ces représentations ne renseignent pas sur les propriétés des bâtiments ; elles peuvent même s’avérer trompeuses en laissant supposer que l’on peut inférer ces propriétés par simple contiguïté spatiale. – Le domaine de la modélisation de l’information tridimensionnelle dans les bases de données géographiques, qui connaît de fortes extensions depuis dix ans (Cambray, 1994, De La Losa, 2000, Zlatanova, 2000, Ramos, 2003, Arens et al, 2003, Koehl, 2004). Ainsi, la troisième dimension fait progressivement son apparition au sein des SIG urbains, avec une grande variété d’applications (Shiode, 2001). Cependant, les possibilités de représentation 3D des informations urbaines sont souvent perçues comme un moyen de produire des images texturées photoréalistes. La 3D est alors envisagée comme une forme supplémentaire de visualisation interactive, sans interférer avec les modèles de données sous-jacents. Peu de systèmes proposent aujourd’hui une synthèse de ces deux voies et ces synthèses, lorsqu’elles existent, portent généralement sur une seule dimension de l’environnement urbain (cf. DRAST, 2003 pour la représentation des niveaux sonores sur les parois d’immeubles urbains, le long de voies de circulations, ou Gomes Mendes et al, 2003 pour la détermination d’indicateurs géométriques caractérisant les tissus urbains). Cet article propose une généralisation de ces approches à tous types d’information environnementale concernant les constructions et les espaces ouverts urbains. Nous y présentons un SIG 3D environnemental urbain, actuellement développé dans notre laboratoire et mis en œuvre dans des situations concrètes à Nantes. La première section expose la structure générale du système, le modèle de données et les méthodes proposées pour la reconstruction des fragments urbains analysés. Nous proposons une modélisation hiérarchique des bâtiments permettant de représenter les parois extérieures par niveaux. Nous mettons en œuvre une technique de génération des bâtiments à partir d’informations sur leur façade, permettant en particulier de générer le modèle 3D à la volée. La section suivante présente les modalités d’intégration des données environnementales dans le système. Ces données sont principalement produites au moyen de systèmes de simulation numérique des phénomènes physiques. La grande diversité des données ainsi produites ne facilite pas les traitements, c’est pourquoi nous avons été amenés à proposer une nouvelle classification susceptible de généraliser les méthodes. Nous distinguons ainsi les informations environnementales de types attributaires, surfaciques, volumiques et illustratives. Nous détaillons ces classes et nous montrons les possibilités de traitement permettant de transformer les informations de type surfacique ou volumique en information attributaire. La dernière section expose deux exemples d’application du système dans des projets urbains récents à Nantes. Le premier concerne une opération incitative de réhabilitation de logement dans laquelle le SIG est appelé à jouer un rôle d’analyse de l’état du parc de logement et d’outil de communication auprès des maîtres d’ouvrage privés. Le second exemple montre l’usage du SIG dans une opération de renouvellement urbain. Il s’agit là encore de montrer les potentialités des différentes versions du projet urbain, et d’aider les acteurs dans la prise en compte des dimensions environnementales. 2. Structure du système proposé Notre objectif est de fournir un système d’information géographique, capable de manipuler des entités tridimensionnelles représentant les objets urbains (bâtiments décomposés en niveaux et parois, de formes a priori quelconques) et d’associer à ces entités construites des informations physiques environnementales, variables dans le temps et dans l’espace : ensoleillement, vent, son, etc. Pour ce faire, nous proposons un système modulaire articulant des outils de représentation 3D des entités construites et des outils de simulation des phénomènes physiques. Nous détaillons dans cette première partie l’organisation générale du système, le modèle de données mis uploads/Ingenierie_Lourd/ 2006-siret-musy-ramos-groleau-joanne-revue-geomatique-sig-3d-environnemental-urbain 1 .pdf