Hydrologie Météorologie et Complexité

De MHYM à COP21

Réaliser les transitions énergétique et écologique vers une ville durable, subtile (smart), résiliente et désirable nécessite de réaliser des sauts qualitatifs en observation, analyse, modélisation et contrôle des interactions entre systèmes urbains et leur environnement.

C’est une question-clé pour la mise en œuvre des conclusions de la COP21, mais la variabilité extrême des flux (matière, énergie) sur de grandes gammes d’échelles spatio-temporelles met en effet en défaut les approches classiques. C’est particulièrement le cas pour la résilience aux extrêmes, l’eau et le changement climatique. La constitution de l’unité HM&Co a résulté du développement rapide sur cette thématique de l’axe éponyme du LEESU. Cet axe est issu lui-même de l’équipe Météorologie Hydrologie et Multiplicité d’Échelles (MHYM), créée en 2003 par une collaboration entre l’École des Ponts ParisTech et Météo-France et rapidement élargie dans le cadre du Programme National de Recherche en Hydrologie du CNRS. MHYM a précédé les profondes transformations du Ministère de tutelle de l’École des Ponts ParisTech (et de Météo-France), qui s’est progressivement saisi des problématiques écologiques, notamment celle du changement climatique.
 

Approche et positionnement

HM&Co contribue au développement des concepts, méthodologies et technologies les plus avancés pour faire sauter les verrous actuels, par exemple :

► télédétection passive et active, réseaux ubiquitaires à haute résolution ;

► sites expérimentaux de solutions fondées sur la nature en milieux urbains ;

► physique statistique et stochastique à travers les échelles ;

► analyses et simulations multifractales des systèmes complexes ;

► modélisations hybrides (déterministes/stochastiques) et parcimonieuses ;

► interactions entre temps sensible et climat pour l’adaptation et la réduction du changement climatique ;

► intermittence des énergies renouvelables ;

► interactions entre les composantes physico-environnementales et socio-économiques ;

► enjeux de communication (notamment participative) dans le transfert d’innovations.

 

 

D’un bouquet de projets à la plateforme Fresnel

HM&Co a développé différents projets ces cinq dernières années, notamment européens :

► FP7-“SMARTeST” : systèmes de mesures subtiles pour la résilience aux inondations urbaines ;

► PST Paris-Est, programme “Ville Numérique” : modélisation hydrologique distribuée des bassins urbanisées (plateforme numérique Multi-Hydro) ;

► FP7-ITN WAUDIT : intermittence et énergie éolienne ;

Interreg NWE-RainGain et projet régional RadX@Id : acquisition et implantation d’un radar hydrométéorologique à haute résolution, développement d’une plateforme associée ;

► Climate-KIC Blue Green Dream : planification et gestion multi-fonctionnelle de la ville, notamment des infrastructures bleues et vertes,  expérimentalisation de la vague bleue et verte du campus Descartes.

HM&Co participe au programme de recherche TOMACS (Japon) et collabore avec les projets CASA (États-Unis) et WISE (Corée). HM&Co a incité l’École des Ponts ParisTech à participer à la Climate-KIC et à European Academy of Wind Energy.
Ces développements ont fortement bénéficié du partenariat à long terme avec Veolia dans le cadre de la Chaire Hydrologie pour une Ville Résiliente. Ils ont conduit au développement de la plateforme d’observation et modélisation multi-échelle Fresnel dans le cadre du Co-Innovation Lab de l’École. Fresnel facilitera les synergies entre recherches et innovations, tout comme la poursuite de recherches théoriques, le développement du réseau de collaborations internationales, et de divers aspects de la science des données (“data science”).

Visiter le site de HM&Co

 

La conférence COP21-RainGain “Researchers & Water Managers Preparing Cities for a Changing Climate" (École des Ponts ParisTech, 8-9/06/15) a rassembléplus de 200 participants venant de tous les continents, notamment lors de deux tables rondes avec des interventions de dirigeants de très grandes entreprises et de collectivités locales, et des représentants de la Commission Européenne.

 

 

 

 

Un attracteur étrange (ensemble de Mandelbrot) sur une étrange algèbre (celle des quaternions, qui généralisent les nombres complexes). Cette dernière est utilisée pour des simulations stochastiques de champs de vent fortement intermittent, caractéristique essentielle pour l’énergie éolienne.

 

 

 

 

 

Installé en 2014 au cœur de la Cité Descartes, le radar hydrométéorologique en bande X et à double polarisation permet d’observer et de prévoir les précipitations à l’échelle d’une rue et à la minute près. Cette haute résolution permettra de mieux comprendre et anticiper les évènements pluvieux intenses et leur impact sur les milieux urbains.

 

 

 

 

 

La vague bleue-verte est une toiture végétalisée d’un hectare située en face de l’École. Ce projet architectural initialement conçu pour des motivations esthétiques a été transformé en un site de recherche. Différentes variables y sont mesurées (distribution et vitesse des gouttes de pluie, teneur en eau, température et ruissellement) afin de mieux comprendre le fonctionnement hydrologique de ce type d’infrastructure.

 

 

 

 

Trois disdromètres sont actuellement testés dans le cadre du développement de la plateforme Fresnel. Installés sur le toit du bâtiment de l’École, ces disdromètres optiques mesurent la taille et la vitesse de chute des hydrométéores.

 

 

 

 

 

Multi-Hydro est un modèle physique distribué qui a été développé à partir de quatre logiciels open source déjà employés séparément par la communauté scientifique. Sa structure modulaire inclut un module de surface, un module de sol, un module d’infiltration et un module de précipitations. Un dernier module pour la modélisation de toiture végétalisées a été récemment intégré pour étudier les bénéfices de ces infrastructures. Ces scénarios produits par Multi-Hydro sont traduits en images 3D grâce à MH3DV, un logiciel de visualisation.