Titre : Modélisation des transferts thermo hydriques dans les toitures végétalisées extensives à partir d'observations sur plateformes expérimentales

Le projet TERRACES « Toitures végétales pour rafraîchir les Ambiances Climatiques urbaines » financé par l'ADEME dans le cadre de son programme national de recherche sur les dispositifs de rafraîchissement en milieu urbain (2013-2015), vise à développer l'analyse fine des performances et de l'impact des toitures terrasses végétalisées (TTV) sur le climat urbain, et la santé. La démarche scientifique s'articule selon trois axes :
1. Quantifier le pouvoir rafraîchissant d'une TTV, dans un contexte actuel et suivant des projections de changement climatique ;
2. Évaluer l'impact environnemental et sanitaire des toitures végétalisées selon leur typologie dans leur contexte urbain local ;
3. Cartographier à l'échelle d'une agglomération la disponibilité surfacique d'accueil potentiel de TTV et évaluer la performance climatique potentielle associée.

Le post-doctorat s'inscrit dans le cadre de l'axe 1.
L'axe 1 du projet nécessite le recours à la modélisation thermo-hydrique détaillée des TTV afin de simuler leur bilan énergétique. Les variations de ce bilan seront étudiées au regard de la constitution des TTV et des caractéristiques climatiques locales, puis suivant des projections du changement climatique obtenues à partir de la base de donnée DRIAS. De récentes recherches ont montré la complexité des transferts thermiques et hydriques et la nécessité de les coupler. Ces travaux ont abouti à la création et l'amélioration de modèles dédiés aux TTV comme TEB-GREENROOF (DeMunck 2013), Solene-Microclimat (Malys 2013) ou adapté du modèle FASST (Ouldboukhitine 2011). Cependant très peu de travaux ont étudié en détail le couplage des cycles hydriques et thermiques pour différentes structures de TTV et dans des conditions variés de climat régional.

Des mesures in-situ sont en cours sur trois plateformes expérimentales à Nancy, Trappes et Nantes. Elles sont réalisées en continu pour un ensemble de variables hydrologiques (pluviométrie, teneur en eau, potentiel matriciel, débits) et climatiques (températures d'air et interne à la toiture, HR, vent, bilan radiatif), et s'effectuent mensuellement pour l'indice foliaire (LAI) et les flux d'évapotranspiration grâce à un dispositif spécifiquement conçu.

L'objectif de ce travail de post-doctorat est d'améliorer la modélisation couplée (via la calibration de l'évapotranspiration réelle) puis d'évaluer la modification des flux de chaleur entre la surface et l'atmosphère induite par ces TTV. Pour cela un modèle représentant explicitement le couplage entre le cycle hydrologique et énergétique sera adapté, calé et validé à partir des données expérimentales des trois plateformes.

Le programme de travail se déclinera donc de la façon suivante :
Prise en main et analyse approfondie des bases de données des mesures thermo-hydriques effectuées sur les plateformes expérimentales
Prise en main du modèle sélectionné parmi les modèles thermiques et hydriques existants
Calibration de l'évapotranspiration réelle
Couplage, modification et ajustement des flux thermiques et hydriques
Détermination d'un indicateur de potentiel de rafraîchissement à partir de l'étude de scénarios différents de végétalisation de toiture