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La méthodologie « Deep City »

Colloque franco-suisse 24 – 25.6.2010

Aurèle Parriaux et Li HuanqingEPFL - École polytechnique fédérale de

Lausanne GEOLEP – Laboratoire de géologie de

l’ingénieur et de l’environnementE-mail : aurele.parriaux@epfl.ch

Gestion de l’espace sous la ville : Des géosciences à l’urbanisme

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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.

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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

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Le projet

« La ville souterraine » (« Deep City ») :

Un concept global pour une gestion durable du sous-sol

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Notre thèse“Le développement durable

de la ville ne peut être obtenu sans faire plus appel

à la 3e dimension”

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Principale conclusion de l’étude des leçons du passé :

• L’approche sectorielle est la raison principale de la non

conformité avec le développement durable.

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Approche sectorielle de

l’usage du sous-sol

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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.

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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

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Les quatre ressources principales du sous-sol urbain

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Approche multi-usages

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Synergies et conflitsConflit :Espace et eaux souterraines2 variantes de métro (Genève)

Synergie : Espace et géothermie

2 exemples

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InteractionsEspace – eau souterraine

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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

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Effect of various civil engineering structures on aquifersNote 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.

Underground in

unsaturated zone

without pumping

Underground maintained in unsaturated

zoneby pumping

Underground in saturated zone, tight structure

Piles foundation

Non- tight

tunnel

Tight tunnel

Hydraulic concurrence

1

weak strong weak weak strong weak

Barrier effect no no middle weak strong strong

Penetration of surface

water

strong strong strong strong strong middle

By-pass between aquifers

no weak weak strong strong strong

Ne

gat

ive

in

tera

ctio

n

Type of structure and of hydrogeological setting

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Matériels d’excavation urbains = géomatériaux potentiels ?

Tri et réusage

Interaction Espace - géomatériaux

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Typologie des matériels extraits du sous-sol et leur valorisation

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InteractionsEspace - géothermie

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Synergies

Geothermal pile for Zurich Airport

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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

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Matrice des interactions

D’après Blunier

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Mutation dans la gestion

Passer d’une approche

« du besoin aux ressources »

à une approche

« des ressources aux besoins »

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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

Þ Amélioration de la robustesse de la méthode

• Deep City Chine• Villes de très grande taille,

autre géologie, autre gouvernance

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Modèle géotype 3D

D’après thèse Blunier

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Typologie des villes de Suisse

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Projet Deep City en Chine2009-2012

LI Huanqing

Doctorante GEOLEP-REME

Profil•Science de l’environnement

•Management de projet

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OUTLINE

• Echelle et contexte du projet en Chine• Inputs méthodologiques dans le projet

Deep City Chine

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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

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Echelles du projet en Chine

Echelle ciblée (SUZHOU)

Logistique et

fabrication

High tech

Parc industriel

Tourisme écologique

Veille-ville

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Echelles du projet en Chine

Echelle générale Réseau de typologie des villes chinoises

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Echelles du projet en Chine

MODELE GEOLOGIQUE 3D (VUE ENSEMBLE DE LA VILLE DE SUZHOU)

• D’après L. Cao

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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 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

VILLE COMPACTE?

STRATEGIE LIMITÉE À COURT-TERME

MEILLEURE SOLUTION À LONG-TERME

Origine de l’intérêt d’un concept Deep City pour la Chine

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Inputs méthodologiques

• 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

STRATEGIE

Implémentation générale à l’aménagement du territoire

Concept Multi-usage (exploitation ressources)

Adaptation au contexte urbain en Chine

Test d’Applicabilité au centre de gravité

Deep City Chine

Deep City

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Inputs méthodologiques

OBJECTIFS

social

economic

environmental

Project Deep City Switzerland

social

economic

environmental

Project Deep City China

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Inputs méthodologiques

Objectif en analyse économique (1) :Chiffrer les VALEUR ECONOMIQUE DES RESOURCES SOUS-SOL

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?

Valeur économique totale

Valeurs d’usage Valeurs de préservation

Usage direct Usage indirect Usage futur Valeur d’existence

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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 ?

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Variante 1 (en surface)

Variantes 2 et 3 (en souterrain)

Simulation technique, financière et énergétique pour un grand magasin urbain

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Conditions géologiques

Variante 2 : Géologie difficile (moraine aquifère) :=> Parois moulées

Variante 3 : Géologie facile (molasse gréseuse horizontale) :=> Parois clouées

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Couts de constructionen souterrain / en surface

• 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

Variante1: construction en surface

Variante2: construction en souterrain avec géologie difficile

Variante3: construction en souterrain avec géologie facile

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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

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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

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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…)

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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.

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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)

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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).

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Rapport complet

DEEP CITY