La méthodologie « Deep City » Colloque franco-suisse 24 – 25.6.2010 Gestion de l’espace sous la ville : Des géosciences à l’urbanisme La méthodologie « Deep City » Aurèle Parriaux et Li Huanqing EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne GEOLEP – Laboratoire de géologie de l’ingénieur et de l’environnement E-mail : aurele.parriaux@epfl.ch

Constat En général, les professionnels de l’urbanisme ignorent tout de la nature de ce qui est sous la ville. Ils ignorent donc ce que l’on peut faire de ce milieu.

Analyse du constat A la limite, cette non connaissance est excusable en raison de la formation de base de l’urbaniste Ce qui n’est pas excusable, c’est qu’on 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

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

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

Principale conclusion de l’étude des leçons du passé : L’approche sectorielle est la raison principale de la non conformité avec le développement durable.

Approche sectorielle de l’usage du sous-sol

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.

Principes de base du projet 1 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 d’exploiter ce potentiel à long terme

Les quatre ressources principales du sous-sol urbain

Approche multi-usages

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

Interactions Espace – eau souterraine

The main agents of urbanization leading to alteration of groundwater 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

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) 1Hydraulic concurrence means the effect on other pumping facilities (drinking water well, groundwater table withdrawal etc.) and possibly on springs. Type of structure and of hydrogeological setting 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 concurrence1 weak strong Barrier effect no middle Penetration of surface water By-pass between aquifers Negative interaction

Matériels d’excavation urbains = géomatériaux potentiels ? Interaction Espace - géomatériaux Matériels d’excavation urbains = géomatériaux potentiels ? Tri et réusage

Typologie des matériels extraits du sous-sol et leur valorisation

Interactions Espace - géothermie

Synergies Geothermal pile for Zurich Airport

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 – 0.8

Matrice des interactions D’après Blunier

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

Validation par des études de cas Genève But : Test de la méthodologie complète sur un cas réel bien documenté => Boucles d’améliorations de la méthodologie par la pratique Autres villes de Suisse But : Evaluation plus grossières d’autres 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

Modèle géotype 3D D’après thèse Blunier

Typologie des villes de Suisse

Projet Deep City en Chine 2009-2012 LI Huanqing Doctorante GEOLEP-REME Profil Science de l’environnement Management de projet

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

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 l’est, quartier high-tech de l’ouest Echelle générale Métropoles dans le territoire de la Chine, avec 4 types de sous-sol urbain

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

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

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

Contexte urbain en Chine VILLE COMPACTE? 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 d’usage vendu par l’autorité aux promoteurs privés Autorité locale: pression d’atteindre la performance économique Internationalisation: expansion spatiale sous forme du parc industriel pour augmenter l’investissement étranger Menace l’alimentation 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 STRATEGIE Limitée à court-terme MEILLEURE SOLUTION à LONG-terme Origine de l’intérêt d’un concept Deep City pour la Chine

Inputs méthodologiques STRATEGIE Définition d’une 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 Concept Multi-usage (exploitation ressources) Adaptation au contexte urbain en Chine Test d’Applicabilité au centre de gravité Deep City Implémentation générale à l’aménagement du territoire Deep City Chine

Inputs méthodologiques OBJECTIFS social economic environmental social economic environmental Project Deep City Switzerland Project Deep City China

Inputs méthodologiques Objectif en analyse économique (1) : Chiffrer les VALEUR ECONOMIQUE DES RESOURCES SOUS-SOL Valeur économique totale Valeurs d’usage Valeurs de préservation Usage direct Usage indirect Usage futur Valeur d’existence Consommation directe: Espace d’usage 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 l’eau 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?

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

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

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

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

Coûts globaux? 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

DE DESSUS VERS LE DESSOUS? Conséquences pour le marché immobilier Manque d’espace en surface  utiliser davantage l’espace du sous-sol Augmentation de la surface de plancher (densité) disponible dans la ville Diminution du prix du m2 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 l’étalement urbain

De la théorie à la pratique Domaine légal : collaboration avec l’Office fédéral du développement territorial afin d’introduire la 3e 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 l’alimentation en eau potable etc…)

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.

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

Leçons du projet Deep City (3) Si le développement du sous-sol n’est pas planifié, continuant ainsi selon l’”approche sectorielle”, la ville va perdre un de ses derniers degrés de liberté (la réparation des erreurs dans le sous-sol est plus difficile qu’en surface).

Rapport complet DEEP CITY