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Thèse : services de régulations atmosphériques rendus par la végétation en ville : quantification des interactions bâtienvironnement- végétation par une approche de modélisation CFD à l’échelle d’un quartier contexte (h/f)
Référence
1530257028
Date limite pour postuler
31/10/2018
Date de publication
29/06/2018

Caractéristiques

Précision sur la nature du contrat
Contrat de thèse
Durée du contrat
3 ans
Date de début de contrat
01/01/2019

Rémunération
La rémunération mensuelle nette sera de 1950 euros, plus remboursement de 50% du titre de transport. La thèse débutera en janvier 2019.

Affectation

Nom de l'unité d'affectation
UMR1048 SADAPT Sciences pour l'Action et le Développement : Activités, Produits, Territoires
Adresse de l'unité d'affectation
INRA Grignon 78850 THIVERVAL-GRIGNON
Région de l'unite d'affectation
Ile-de-France

Descriptif

Environnement de travail

Contexte et objectifs :

L’urbanisation des surfaces modifie significativement les écoulements de vent, ainsi que les échanges convectifs et radiatifs entre la surface et l’atmosphère. Ces changements engendrent des modifications du microclimat, le plus connu étant le phénomène d’îlot de chaleur urbain qui reflète des températures plus élevées dans les zones urbaines qu’en périphérie des villes.
A titre d’exemple, les mesures de températures effectuées à Paris intra-muros et un site situé à 40km dans l’ouest parisien montrent un écart de température de 3°C en moyenne. Ces températures plus élevées ont de nombreuses conséquences environnementales (accentuation des vagues de chaleur, pollution atmosphérique), sanitaires (inconfort, stress thermique, mortalité) et économiques (consommation d’énergie, soins médicaux). Des solutions d’atténuations existent et ont déjà été mises en avant par la communauté scientifique. Parmi celles-ci, l’utilisation de nouveaux matériaux dit « froids (caractérisés
par un fort albédo et une forte émissivité) ou encore l’orientation du bâti (favorisant les effets d’ombrage et modifiant les écoulements d’air) ont reçu une très forte attention. La végétalisation du milieu urbain est également une solution susceptible d’atténuer l’îlot de chaleur urbain. En effet, celle-ci, suivant ses formes, lieu d’implantation et caractéristiques, influe sur les échanges radiatifs, de chaleur et les écoulements d’air. Cependant, des mécanismes complexes, faisant appel à la fois à la mécanique des fluides, la physique de l’environnement et la bioclimatologie, nécessitent un effort d’intégration de l’ensemble de ces processus dans des modèles numériques réalistes. De nombreux modèles ont été développés par la communauté scientifique afin de représenter le microclimat au sein des villes et de quantifier le potentiel des différentes solutions d’atténuations. Cependant, ceux-ci s’attachent essentiellement à prendre en compte les processus physiques des transferts. La représentation de la végétation, quant à elle, ne se fait que de manière très simplifiée, et les processus écophysiologiques ainsi que les rétroactions du microclimat sur le fonctionnement de la végétation ne sont peu, voire pas, pris en compte.

La thèse cherchera donc à comprendre dans quelle mesure la végétalisation du milieu urbain (sous forme d’arbres, de toitures et de murs végétalisés, etc...) peut permettre de réguler le microclimat urbain. Plus précisément, elle aura pour objectif (i) d’intégrer ces processus dans
un modèle de simulation permettant de prédire le microclimat à l’échelle d’un quartier et (ii) de quantifier les services de régulations atmosphériques et leurs conséquences indirectes sur la consommation énergétique du bâti rendus par la végétation en ville. L’originalité de la thèse reposera essentiellement sur l’intégration des processus écophysiologiques afin de représenter précisément les interactions climat urbain-fonctionnement du végétal.

Déroulement de la thèse :

La thèse se déroulera en plusieurs étapes :
- Synthèse bibliographique sur les services écosystémiques en lien avec le microclimat et la consommation énergétique rendus par la végétation en ville (3 mois).
- Choix du modèle à utiliser. A ce stade, le choix de la modélisation est indéterminée, les modèles SOLENE (développé à l’Ecole Centrale de Nantes) ou EnviMet ou encore le développement intégral d’un modèle à l’aide des logiciels COMSOL ou FLUENT sont à l’étude. La sélection du modèle ou du logiciel sera en particulier conditionné par (i) la possibilité d’implémenter facilement les paramétrisations nécessaires à la représentation des processus écophysiologiques contrôlant le fonctionnement de la végétation et (ii) la capacité du doctorant à utiliser et/ou développer les modèles/logiciels (3 mois).
- Implémentation des paramétrisations représentant les processus écophysiologiques et validation du modèle. La validation du modèle se fera à partir de données existantes (18 mois).
- Expérimentation numérique. Cette phase de simulation aura pour but de quantifier les services de régulations atmosphériques rendus par la végétation urbaine. Différentes scénarios pourront être testés prenant en compte par exemple l’effet du type de végétation (pelouse, strate arbustive, strate arborée, toitures et murs végétalisés), la gestion de ces espaces (irrigation vs non irrigation), l’impact des conditions climatiques (été/hiver, extrêmes climatiques), ou encore la comparaison avec des conditions sans végétation mais incluant l’effet de la géométrie du bâti ou des matériaux utilisés (impact de l’albédo, de l’émissivité) (12 mois).

Environnement de travail et encadrement :

Le(la) doctorant(e) sera basé(e) à Paris, dans les locaux d’AgroParisTech. L’encadrement sera assuré par :
- Erwan Personne (Maitre de Conférences, Département « Sciences et Ingénierie Agronomiques, Forestières, de l’Eau et de l’Environnement ») (directeur de thèse)
- Denis Flick (Professeur, Département « Modélisation Mathématique, Informatique et Physique ») (co-directeur de thèse)
- Patrick Stella (Maitre de Conférences, Département « Sciences et Ingénierie Agronomiques, Forestières, de l’Eau et de l’Environnement ») (encadrant)

Formations et compétences attendues

Compétences requises :
- Bonnes connaissances en mécanique des fluides et leurs applications aux sciences
de l’environnement
- Compétences en modélisation numérique
- Intérêt pour les questions environnementales
- Autonomie et rigueur
- Capacités rédactionnelles
- Maitrise de l’anglais scientifique
- Des connaissances de base sur le fonctionnement des végétaux seraient un plus

Modalités de candidature :

Envoyer un CV détaillé, une lettre de motivation, la copie du rapport de stage de fin d’études,
les relevés de notes du Master 1 et Master 2, et les coordonnées d’1 personne référente avant le 31 octobre à :
- Patrick Stella
- Erwan Personne
- Denis Flick

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