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La méthodologie « Deep City » Colloque franco-suisse 24 – 25.6.2010 Aurèle Parriaux et Li Huanqing EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne GEOLEP.

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1 La méthodologie « Deep City » Colloque franco-suisse 24 – Aurèle Parriaux et Li Huanqing EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne GEOLEP – Laboratoire de géologie de lingénieur et de lenvironnement Gestion de lespace sous la ville : Des géosciences à lurbanisme 1

2 Constat En général, les professionnels de lurbanisme ignorent tout de la nature de ce qui est sous la ville. Ils ignorent donc ce que lon peut faire de ce milieu. 2

3 Analyse du constat A la limite, cette non connaissance est excusable en raison de la formation de base de lurbaniste Ce qui nest pas excusable, cest quon en reste là, comme si cette question était insoluble. Il existe un professionnel qui connaît le sous-sol et avec qui on peut (on doit) collaborer : le géologue 3

4 Le projet « La ville souterraine » (« Deep City ») : Un concept global pour une gestion durable du sous-sol 4

5 Notre thèse Le développement durable de la ville ne peut être obtenu sans faire plus appel à la 3 e dimension 5

6 Principale conclusion de létude des leçons du passé : Lapproche sectorielle est la raison principale de la non conformité avec le développement durable. 6

7 Approche sectorielle de lusage du sous-sol 7

8 Les critères de décision sont généralement des critères à court terme (essentiellement technique et économique) Les professionnels des différents secteurs ont peu de contact entre eux Leur compréhension des autres domaines concernés par le sous-sol est souvent pauvre. 8

9 Principes de base du projet 1. Le sous-sol est une ressource à usages multiples, pas seulement pour construire ! 2. Une approche planifiée multi- usages permet dexploiter ce potentiel à long terme 9

10 Les quatre ressources principales du sous-sol urbain 10

11 Approche multi- usages 11

12 Synergies et conflits Conflit : Espace et eaux souterraines 2 variantes de métro (Genève) Synergie : Espace et géothermie 2 exemples 12

13 Interactions Espace – eau souterraine 13

14 The main agents of urbanization leading to alteration of groundwater. (1) Suppression of natural soils and their cleaning function on the surface water. (2) Leakage of sewage pipes => diffuse and widespread pollution of shallow aquifers. (3) Pollutive accidents (hydrocarbons, industrial sewages etc). (4) Shallow excavations leading to a reduction of the protection over the aquifers. (5) Deeper excavations leading to several negative effect, for example long term drawdown of water table, bypass between surface water and groundwater, barrier for the groundwater flow etc 5 14

15 Effect of various civil engineering structures on aquifers Note that some structures can pass from a column to another one according to the history of pumping regime in the aquifer. For example, building can pass from an unsaturated zone to a saturated one (eg Paris) 1 Hydraulic concurrence means the effect on other pumping facilities (drinking water well, groundwater table withdrawal etc.) and possibly on springs. Underground in unsaturated zone without pumping Underground maintained in unsaturated zone by pumping Underground in saturated zone, tight structure Piles foundation Non- tight tunnel Tight tunnel Hydraulic concurrence 1 weakstrongweak strongweak Barrier effectno middleweakstrong Penetration of surface water strong middle By-pass between aquifers noweak strong Negative interaction Type of structure and of hydrogeological setting 15

16 Matériels dexcavation urbains = géomatériaux potentiels ? Tri et réusage Interaction Espace - géomatériaux 16

17 Typologie des matériels extraits du sous-sol et leur valorisation 17

18 Interactions Espace - géothermie 18

19 Synergies Geothermal pile for Zurich Airport 19

20 Desaturation of geothermal field by groundwater withdrawal due to tunnelling => energetic performance reduction (1) Original groundwater table. (2) Groundwater table after the construction of the tunnel. Thermal conductivity (W/m.K) Example of a sandy aquifer : - Saturated sand : 1.5 – 4 - Dry sand :0.3 –

21 Matrice des interactions Daprès Blunier 21

22 Mutation dans la gestion Passer dune approche « du besoin aux ressources » à une approche « des ressources aux besoins » 22

23 Validation par des études de cas Genève But : Test de la méthodologie complète sur un cas réel bien documenté => Boucles daméliorations de la méthodologie par la pratique Autres villes de Suisse But : Evaluation plus grossières dautres villes présentant des condtions géologiques variées Amélioration de la robustesse de la méthode Deep City Chine Villes de très grande taille, autre géologie, autre gouvernance 23

24 Modèle géotype 3D Daprès thèse Blunier 24

25 Typologie des villes de Suisse 25

26 Projet Deep City en Chine LI Huanqing Doctorante GEOLEP-REME Profil Science de lenvironnement Management de projet 26

27 OUTLINE Echelle et contexte du projet en Chine Inputs méthodologiques dans le projet Deep City Chine 27

28 Echelles du projet en Chine Echelle ciblée (centre de gravité) –Région côtière (Est): Province de Jiangsu (Yangtze) –Ville deltaïque: Suzhou (Venise orientale) –Zones urbaines: Vielle ville du centre, parc industriel de lest, quartier high-tech de louest Echelle générale –Métropoles dans le territoire de la Chine, avec 4 types de sous-sol urbain 28

29 Echelles du projet en Chine 29 Echelle ciblée (SUZHOU) Logistique et fabrication High tech Parc industriel Tourisme écologique Veille -ville

30 Echelles du projet en Chine 30 Echelle générale Réseau de typologie des villes chinoises

31 Echelles du projet en Chine 31 MODELE GEOLOGIQUE 3D (VUE ENSEMBLE DE LA VILLE DE SUZHOU) Daprès L. Cao

32 Contexte urbain en Chine Transformation urbaine en Chine: –Expansion sur les surfaces rurales (mode principal actuel) Terre: profits importants créés en transformant la terre agricole en terrain urbanisé, le droit dusage vendu par lautorité aux promoteurs privés Autorité locale: pression datteindre la performance économique Internationalisation: expansion spatiale sous forme du parc industriel pour augmenter linvestissement étranger Menace lalimentation en nourriture de la population. –Redéveloppement des quartiers existants (moins pratiqué actuellement) Plus coûteux Nécessite une planification urbaine, des démolitions et des assainissements des terrains avant construction VILLE COMPACTE? 32 Origine de lintérêt dun concept Deep City pour la Chine

33 Inputs méthodologiques Définition dune méthodologie universelle pour la gestion des ressources du sous-sol, avec une généralisation du cadre développé en Suisse Etude pilote dans une ville cible : croissance démographique, riche en ressources du sous-sol, développement économique rapide, transformation urbaine STRATEGIE 33 Implémentation générale à laménagement du territoire Concept Multi-usage (exploitation ressources) Adaptation au contexte urbain en Chine Test dApplicabilité au centre de gravité Deep City Chine Deep City

34 Inputs méthodologiques 34 OBJECTIFS socialeconomicenvironmental Project Deep City Switzerland socialeconomicenvironmental Project Deep City China

35 Inputs méthodologiques Objectif en analyse économique (1) : Chiffrer les VALEUR ECONOMIQUE DES RESOURCES SOUS-SOL 35 Consommation directe: - Espace dusage - Support géotechnique des structures - Eau potable et eau industrielle - Minerais - Matériaux extraits pour construction - Chaleur ou froid à exploiter Avantages écosystèmes: -Biodiversité influencée par l hydrogéologie - Fonction épuratrice et protectrice de leau souterraine - Isolation des nuisances (bruits) - Stockage des déchets polluants - Nappes profondes réservées au futur - Sites réservés avec potentiel de construction souterraine -Autres ressources précieuses? - Autres usages potentiels? Valeur économique totale Valeurs dusageValeurs de préservation Usage directUsage indirectUsage futurValeur dexistence

36 Inputs méthodologiques Objectif en analyse économique (2) : Évaluer les gains urbanistiques du dessus vers le dessous 36 Que déplacer de la surface en souterrain ? Implication au niveau des coûts dinvestissement et dexploitation ?

37 Variante 1 (en surface) Variantes 2 et 3 (en souterrain) Simulation technique, financière et énergétique pour un grand magasin urbain 37

38 Conditions géologiques Variante 2 : Géologie difficile (moraine aquifère) : => Parois moulées Variante 3 : Géologie facile (molasse gréseuse horizontale) : => Parois clouées 38

39 Couts de construction en souterrain / en surface V2/V1=1.23 (surcoût 23%) V3/V1= 1.10 (surcoût 10%) (sans compter le prix du terrain) Daprès Emch & Berger + P. Maire + A. Poux Variante1: construction en surface Variante2: construction en souterrain avec géologie difficile Variante3: construction en souterrain avec géologie facile 39

40 Coûts globaux? 40 A partir des coûts de construction, chiffrer le bénéfice économique global prenant en compte le prix du terrain, le gain en qualité de vie du voisinage et le gain en environnement (biodiversité, etc…) Analyse Globale Coût-Bénéfice pour le projet de construction souterraine dans un quartier urbain, avec le point de vue socio-économique

41 DE DESSUS VERS LE DESSOUS? Conséquences pour le marché immobilier Manque despace en surface utiliser davantage lespace du sous-sol Augmentation de la surface de plancher (densité) disponible dans la ville Diminution du prix du m 2 de plancher Réduction des prix et loyers des biens et services qui utilisent ces surfaces Possibilité de libérer des parcelle pour aménager des espaces publics (places, parcs) Eviter létalement urbain 41

42 De la théorie à la pratique Domaine légal : collaboration avec lOffice fédéral du développement territorial afin dintroduire la 3 e dimension du territoire dans la révision de la LAT. Domaines scientifique et technique : recommandations aux associations professionnelles (urbanistes, architectes, ingénieurs civils, geologues, specialistes de la géothermie, professionnels de lalimentation en eau potable etc…) 42

43 Leçon du projet Deep City (1) Le sous-sol urbain doit être considéré comme un tout : Un volume contenant des ressources fondamentales pour le développement durable de la ville, pour la construction, mais pas seulement. 43

44 Leçon du projet Deep City (2) Ce volume géologique peut offrir un usage multiple de ces ressources sil est planifié en définissant des synergies et des incompatibilités (selon la méthodologie du projet Deep City) 44

45 Leçons du projet Deep City (3) Si le développement du sous-sol nest pas planifié, continuant ainsi selon lapproche sectorielle, la ville va perdre un de ses derniers degrés de liberté (la réparation des erreurs dans le sous-sol est plus difficile quen surface). 45

46 Rapport complet DEEP CITY 46


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