Nature et Ville PRO GR A M M E DE R EC H E R C H E T H É M ATIQU E H E S -S O L A N AT U R E AU B É N É F I C E DE L A V ILLE E T L A V ILLE AU B É N É F I C E DE L A N AT U R E
INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE
hepia - Institut Terre-Nature-Environnement (inTNE) Sophie Rochefort sophie.rochefort@hesge.ch +41 22 546 68 07
HEIA-FR - Institut des Technologies de l'Environnement Construit (iTEC) Fabienne Favre-Boivin fabienne.favre@hefr.ch +41 26 429 66 87 2
Comité de pilotage du programme Nature et Ville
hepia - Institut du Paysage, d'Architecture, de la Construction et du Territoire (inPACT) Natacha Guillaumont natacha.guillaumont@hesge.ch +41 22 388 41 54
HEIG-VD - Institut d'ingénierie du territoire (insit) Florent Joerin florent.joerin@heig-vd.ch +41 24 557 23 23
HEIA-FR - Institut d’architecture: patrimoine, construction et usages (TRANSFORM) Florinel Radu florinel.radu@hefr.ch +41 26 429 66 78
INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE - Nature et Ville
Édito La recherche appliquée et développement est au cœur des missions de la HES-SO et plus particulièrement du Domaine Ingénierie et Architecture. Menée par des professeurs et chercheurs, elle permet d’acquérir des compétences pratiques pour répondre aux besoins de la société et de l’industrie, et de garantir un enseignement de pointe aux étudiantes et étudiants en leur offrant un véritable tremplin vers le monde du travail après l’obtention de leur diplôme. Depuis quatre ans, le Domaine Ingénierie et Architecture a structuré ses projets de recherche appliquée en six programmes thématiques qui, ensemble, couvrent tous les champs d’étude. De l’énergie à l’optimisation de la chaîne agroalimentaire, en passant par l’étude de la densification urbaine ou des objets connectés, ces programmes ont pour objectif de trouver des solutions concrètes aux problèmes de notre temps.
Le programme Nature et Ville propose des solutions pragmatiques aux questions de la densification croissante de nos villes et de son incidence sur les humains comme sur ce qui les entoure. Ce programme associe la nature, la vie sociale et la santé avec l’environnement construit. L’intégration et la préservation de la faune, de la flore et des ressources permettent de créer des écosystèmes urbains. Ces derniers constituent des zones tampons qui apportent du bien-être en ville et contribuent à l’amélioration de la qualité de vie et à la santé des citadins.
ment. Ailleurs, le programme analyse la revalorisation locale des matériaux issus de chantiers urbains.
Les réalisations de ce programme s’attachent par exemple à augmenter la couverture végétale en ville pour améliorer la biodiversité, la régulation thermique, la rétention et la filtration d'eaux de ruisselle-
Olivier Naef
Le programme Nature et Ville relie construction urbaine et gestion de l’environnement pour offrir des pistes originales d’amélioration de la qualité de vie des habitants tout en préservant la diversité et la richesse de la nature. Il s’inscrit par ailleurs dans le respect du développement durable, l’une des valeurs fondamentales que la HES-SO soutient dans le domaine Ingénierie et Architecture. 3
Responsable du Domaine Ingénierie et Architecture de la HES-SO
Une série de brochures sur ces six programmes permet d’expliquer les défis relevés par ceux-ci. Toutes illustrent les points forts et compétences clés à disposition dans la HES-SO. Ces publications servent à mettre en lumière les réalisations concrètes de ces programmes menés en étroite collaboration avec des partenaires de l’industrie.
INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE - Nature et Ville
LE PROGRAMME
Nature et Ville
INGÉN
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Intégrer davantage de nature dans les milieux urbains pour contrer les effets de la densification des villes, tel est l’objectif du programme de recherche Nature et Ville. Ses 14 projets ont pour objectif de développer des outils pour comprendre, analyser, gérer la présence de la nature en ville et mesurer ses bienfaits pour ses habitants. La densification des villes devient une réelle problématique environnementale et sociétale. Elle menace la qualité de vie et la santé des habitants ainsi que la biodiversité qui s’y trouve. Elle est devenue un problème à résoudre d’autant plus important depuis une quinzaine d’années et ne fera que s’accentuer: d’ici à 2020, plus de 75% de la population vivra dans les villes. Aujourd’hui déjà, la température observée dans les milieux urbains est plus élevée que dans les milieux ruraux. Entre autres causes, les surfaces imperméables, qui retiennent la chaleur, et une présence insuffisante de végétaux. Lors de pluies abondantes, ces surfaces imperméables entraîneront un engorgement au niveau des canalisations de la ville, ce qui provoquera des inondations. Il a été démontré que la nature peut répondre à une bonne partie de ces problèmes, mais comment l’intégrer dans un contexte de densification des villes? Avec le programme Nature et Ville, nous entendons trouver des solutions et développer des outils concrets de gestion et de développement de la nature en ville mais étudions aussi
75%
D’ici à 2020, 75% de la population mondiale habitera dans les villes.
comment maintenir cette nature en ville dans le but d’offrir un cadre de vie sûr et agréable aux citadins. Les végétaux contribuent à rafraîchir les villes, en apportant de l’ombre, en captant les poussières contenues dans l’air, ainsi qu'en captant le CO2. Mais quel type de nature est le plus approprié à quelle zone urbaine? Les manières d’intégrer davantage de nature en ville sont nombreuses. Cultiver des toitures ou des façades végétalisées, planter des arbres sur des surfaces stratégiques? Quels seront les bénéfices réels pour la ville et ses habitants? Quatre objectifs principaux animent tous les chercheurs de ce programme: gérer et conserver la diversité des milieux naturels urbains, protéger les ressources naturelles, évaluer et concevoir des espaces urbains de qualité et enfin évaluer la faisabilité et l’acceptabilité des méthodes et mesures proposées. Ayant trouvé plusieurs partenaires cantonaux mais aussi communaux pour mener à bien cette recherche, le programme Nature et Ville désire convaincre par la suite différents acteurs privés, notamment du secteur du bâtiment, constructeurs, architectes et ingénieurs mais aussi les propriétaires et les politiques de la nécessité d’intégrer une nature appropriée en ville et qu’il s’agit d’un investissement payant à court, moyen et long terme.
Trois questions à Beat Oertli – Projet Urbexo Beat Oertli est professeur à l’hepia et coresponsable d’Urbexo: un projet de cartographie des plantes aquatiques exotiques envahissantes destiné à évaluer leur risque pour la biodiversité indigène.
1–
Pourquoi est-il important de localiser ces espèces invasives? La localisation de ces plantes dans les milieux aquatiques urbains permettra de les confiner, d’éviter leur dispersion, voire même de les éradiquer. En agissant à la source, nous évitons qu’un petit foyer se transforme en une marée sur tout le territoire. C’est un réel danger pour la biodiversité indigène et pour les réserves naturelles. Si les mesures sont prises suffisamment tôt, il est plus simple de désamorcer la bombe, à l’image de ce qui a été fait il y a quinze ans avec la jussie. En cinq ans, le canton de Genève a réussi à stopper sa propagation.
2–
Avez-vous observé une augmentation de la prolifération des espèces invasives? Nous allons vers une situation de plus en plus critique. Les gens peuvent se procurer des plantes invasives lors de leurs voyages ou les commander sur internet en quelques clics. La multiplication de ces échanges rend la situation plus difficile à gérer qu’auparavant. Il y a 50 ans, pour aménager nos étangs de jardin, nous bénéficiions d’une petite sélection d’espèces bien inférieure à la large panoplie offerte aujourd’hui.
3–
Quels outils proposez-vous pour endiguer ces phénomènes? Il y a notamment l’outil cartographique développé pour le canton de Genève: il permet de localiser les secteurs à risques, de les surveiller et même d’y entreprendre des actions. En collaborant avec la Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud, notre deuxième objectif est de développer des outils d’aide à la décision pour agir à la source en freinant les achats et les introductions des espèces non désirées. Il s’agirait donc d’outils ciblés sur des acteurs tels que les vendeurs, les particuliers ou les gestionnaires municipaux.
Sophie Rochefort Coordinatrice du programme de recherche thématique Nature et Ville Responsable de la filière Agronomie à l’hepia
Hautes écoles impliquées:
HEIG-VD
hepia
INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE - Nature et Ville
HEIA-FR
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14 PROJETS NATURE ET VILLE
Végétal en ville
Nature vs City
BioMon
Janvier 2014
Février 2014
Février 2014
But: Promouvoir le devenir du végétal en ville.
But: Développer un outil d’aide à la décision pour l’évaluation de la vulnérabilité multi-aléas du bâti.
But: Développer une plateforme internet permettant aux habitants de Lausanne de découvrir et évaluer la biodiversité de leur quartier.
Date de lancement:
Haute école HES-SO:
Date de lancement:
hepia
Hautes écoles HES-SO:
Descriptif: Ce projet propose
HEIA-FR, HEIG-VD et hepia
l’expérimentation de deux méthodes d’analyse complémentaires et indépendantes permettant de récolter des données d’évaluation de promenades et parcs urbains. Ces méthodes participent de façon générale à améliorer les connaissances des projets de paysage et leurs mutations. Végétal en ville étudie ainsi quatre promenades genevoises au travers d’un large panel d’usagers selon différentes temporalités saisonnières et journalières.
Descriptif: La gestion des risques naturels est essentielle pour la planification du territoire; ceci est particulièrement vrai pour la Suisse, qui présente un patrimoine bâti dense dans un contexte montagneux. Les coûts induits par les aléas naturels sont majoritairement dus aux dégâts matériels, directement liés à la vulnérabilité du bâti. L’objectif de ce projet est de trouver la façon d’améliorer l’évaluation de cette vulnérabilité et le cas échéant de la diminuer.
Date de lancement:
Hautes écoles HES-SO: HEIG-VD et hepia
Descriptif: Afin de sensibiliser les citoyens à la biodiversité, BioMon propose une plateforme internet. Celle-ci présente neuf indicateurs de biodiversité qui ont été sélectionnés dans des listes existantes, par le biais d’entretiens ou de focus groupes avec des experts. Ils mesurent, par exemple, la part de surfaces vertes, de toitures végétalisées, d’espèces observées ou encore la qualité des habitats.
6
Mars 2014
Transitions Habitat–Nature
But: Etudier le rôle du sol dans le
Mai 2014
THER-SOL Date de lancement:
Date de lancement:
climat urbain en évaluant son impact sur l’ambiance thermique. HEIA-FR, hepia et HEIG-VD
But: Fournir un outil d’aide à la conception des projets de densification et d’amélioration de la biodiversité.
Descriptif: Le phénomène d’îlot de
Hautes écoles HES-SO:
Hautes écoles HES-SO:
chaleur urbain est souvent rencontré dans nos villes. Le sol urbain est considéré comme un potentiel régulateur thermique, mais tous les sols ne présentent pas la même capacité à réguler le climat urbain. Ce projet vise premièrement à identifier les différents types de sols urbains, ainsi que leurs caractéristiques, et enfin à déterminer leur capacité à réguler le climat urbain.
HEIA-FR et hepia
Descriptif: Ce projet a montré que la biodiversité urbaine va de pair avec la diversité de l’habitat humain. Il a développé un outil innovant d’aide à la conception pour les projets qui combinent la densification des périphéries urbaines et l’amélioration de la biodiversité. L’outil contient une typologie de formes de cohabitation «humain – nature» et une présentation du processus de conception interdisciplinaire.
INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE - Nature et Ville
TVEG
Date de lancement: Mai 2014
But: Evaluer la contribution des toitures végétalisées au niveau de la biodiversité, de la gestion de l’eau, de l’énergie et du climat sur le canton de Genève. Hautes écoles HES-SO: hepia et HEIG-VD
Descriptif: L’analyse de toitures existantes, d’âge et de types différents n’a été que très peu étudiée. Afin de garantir une efficacité optimale des toitures végétalisées au niveau environnemental et territorial, il est nécessaire, d’une part, de connaître leur potentialité et, d’autre part, de développer des outils décisionnels permettant aux gestionnaires d’entretenir et d’implanter convenablement ces toitures.
14 PROJETS NATURE ET VILLE
Urbexo
WallNat
SAGE
Octobre 2014
Décembre 2014
Septembre 2015
But: Proposer des solutions pour éviter la dispersion des espèces aquatiques non indigènes présentes dans le milieu urbain.
But: Concevoir une nouvelle
Hautes écoles HES-SO:
Hautes écoles HES-SO:
Date de lancement:
Date de lancement:
approche pour la sauvegarde des murs de soutènement urbain et de leurs écosystèmes.
hepia et HEIG-VD
hepia et HEIA-FR
Descriptif: La distribution des
Descriptif: Le monde du végétal
plantes aquatiques non indigènes et le risque associé à ces espèces ont été cartographiés dans le canton de Genève. Une enquête a permis d’identifier les sources d’approvisionnement de ces plantes. Urbexo a développé, avec des acteurs privés ou publics, un processus d’aide à la décision afin de proposer des solutions pour réduire aussi leur introduction et leur dispersion.
n’est pas lié uniquement à la présence de sol: les murs de soutènement urbains en pierre naturelle sont le support d'une biodiversité végétale et animale riche. A travers des cas concrets, WallNat a pour objectifs de favoriser et conserver les écosystèmes existants et futurs et de développer de nouvelles compétences en matière de conservation et maintenance de maçonneries en pierre naturelle.
Date de lancement: But: Evaluer le potentiel d’infiltration et de régulation des eaux urbaines par les plantations. Hautes écoles HES-SO: hepia et HEIA-FR
Descriptif: Les eaux de ruissellement urbaines sont contaminées et génèrent un risque hydrologique. La mauvaise qualité des sols urbains réduit leur capacité d’infiltration et fragilise les arbres. Ceci limite en retour la capacité des arbres à évaporer l’excès d’eau. Ce projet évaluera le rôle actuel des plantations urbaines dans le cycle hydrologique urbain, mettra en évidence les limitations et proposera de nouveaux technosols améliorant ces fonctions. 7
SEED
UrbEco
BioPocket
Septembre 2015
Décembre 2015
Janvier 2016
But: Développer des semences indigènes pour la végétalisation des structures minérales urbaines.
But: Intégrer la planification du développement urbanistique et les besoins de déplacement de la faune.
Haute école HES-SO:
Hautes écoles HES-SO:
Date de lancement:
hepia
Descriptif: Le développement de semences indigènes est une des conditions de la végétalisation des structures urbaines (murs, toitures, parkings). Au-delà des ressources existantes en Suisse romande, SEED (SEminum on Edifices Downtown) a pour but de développer l'offre semencière des plantes à fleurs comme des groupes de végétaux ne produisant pas de graines (fougères, mousses). Il vise également à tester de nouveaux assemblages d'espèces mellifères (favorables aux insectes butineurs), sur des matériaux bruts peu valorisés ou recyclés (rebus de construction, rebus d'excavation, terra preta).
Date de lancement:
Date de lancement:
But: Encourager les citoyens à entreprendre des actions pour la biodiversité à travers une application mobile.
hepia et HEIA-FR
Hautes écoles HES-SO:
Descriptif: Le réseau urbain et le
HEIG-VD et hepia
réseau des milieux naturels (réservoirs de biodiversité, corridors de déplacement et relais) se superposent. Un enjeu majeur du projet d’agglomération franco-valdogenevois réside dans l’intégration des besoins de développement urbanistiques et des besoins de conservation, en particulier des corridors de déplacements de la faune, qui représentent les éléments constitutifs des réseaux les plus menacés. UrbEco vise à fournir un outil de planification urbanistique et de communication prenant en compte ces besoins environnementaux.
Descriptif: Le projet BioPocket a pour principal objectif de sensibiliser les citoyens à la biodiversité urbaine et de les encourager à entreprendre des actions en sa faveur à travers les technologies mobiles. Le projet se subdivise en trois objectifs: l’identification des actes qu’un citoyen peut entreprendre en faveur de la biodiversité de sa ville, l’identification de stratégies pour encourager les citoyens à contribuer à la biodiversité et enfin l’utilisation d’une plateforme mobile pour encourager les citoyens à entreprendre les actes identifiés.
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14 PROJETS NATURE ET VILLE
Recycling-Urb
SAVGE
Janvier 2016
Janvier 2016
Date de lancement:
Date de lancement:
But: Optimiser la revalorisation autarcique des matériaux issus de chantiers urbains. Hautes écoles HES-SO:
But: Evaluer le rôle des eaux pluviales comme vecteur d’impact et d’adaptation au changement climatique.
HEIG-VD, HEIA-FR et hepia
Hautes écoles HES-SO:
Descriptif: Recycling-Urb vise
HEIG-VD et hepia
à démontrer, au travers d’études de cas, le potentiel du recyclage autarcique des «matériaux urbains», en proposant des technologies innovantes et en limitant la consommation et le gaspillage des ressources naturelles. Les fosses «terre + pierre» en matériaux recyclés pour des plantations d’arbres en milieu urbain ou des murs en gabion en matériaux recyclés en sont deux exemples.
Descriptif: Les ouvrages de gestion des eaux pluviales représentent des leviers urbains d’adaptation (mitigation des inondations urbaines, lutte contre les îlots de chaleur, biodiversité). SAVGE évalue l’efficacité actuelle et projetée avec le changement climatique de la gestion des eaux pluviales dans une ville suisse. Des solutions sont proposées pour l’intégration des ouvrages de rétention ou d’infiltration dans des espaces urbains de qualité.
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INGÉNIERIE ET ARCHITECTURE - Nature et Ville
UN PROJET PHARE
Toitures végétalisées
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Le projet interdisciplinaire Toitures végétalisées (TVEG) a étudié l’impact des toitures végétales en milieu urbain, en qualité thermiques, en matière de risques hydrologiques et leur incidence sur la biodiversité de leur environnement proche. Les explications de Pascal Boivin, responsable du volet «substrat et hydrodynamique», de ce projet coordonné par Sophie Rochefort à l’hepia.
HES-SO Comment ce projet a-t-il démarré? PB Dans le domaine de l’agronomie et de l’agronomie horticole, les toitures végétalisées sont un objet d’étude naturel à traiter. Dans le cadre du projet TVEG, nous avions pour objectif d’analyser l’intérêt environnemental de ces surfaces.
Quelle est l’originalité du projet TVEG? PB Dans la littérature, l’analyse et les fonctions des toitures végétalisées étaient toujours démontrées à partir de toitures expérimentales
qui étaient mises en place avec des substrats neufs. Notre démarche était d’évaluer des surfaces végétalisées d’âges variables, de plus et de moins de 10 ans, ce qui, à notre connaissance, ne s’est encore jamais fait. Nous avons sélectionné 30 toitures vertes dans le canton de Genève, selon leur localisation, leur âge et le type de substrat utilisé.
HES-SO
HES-SO Quelle est l’importance des substrats dans l’étude de toits végétalisés? PB Les substrats de toitures sont des technosols obtenus à partir du
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mélange de différents matériaux naturels comme l’argile ou le sable, de matériaux artificiels (perlite, vermiculite) et des matériaux recyclés comme la tuile ou la brique. Ils jouent le rôle de sol artificiel et représentent un élément essentiel dans l’analyse des propriétés hydriques d’une toiture végétalisée, comme son évapotranspiration et son efficacité en rétention d’eau. Le type de substrat mais aussi et surtout son épaisseur sont deux facteurs nécessaires à considérer dans leur étude. Notre sélection comptait des épaisseurs de substrat de moins de 15 cm (toitures extensives) et d’autres de plus de 25 cm (toitures intensives). HES-SO Qu’est-ce qui ressort de
votre étude de ces sols artificiels? L’observation de toitures végétalisées d’âges différents nous a permis de comparer l’évolution des substrats et de leur efficacité dans le temps. C’est leur efficacité en termes d’hydrodynamique qui nous a le plus surpris. Nous avons pu mesurer que les toitures dites extensives retiennent de 45 à 63% des précipitations et retardent le débit de trois à cinq heures. Un facteur important dans l’intérêt de la gestion des eaux urbaines. L’évapotranspiration de ces surfaces a aussi pu être estimée à environ 1,48 mm. Des résultats que l’on a pu aussi comparer à quatre toitures faites de substrats neufs: selon nos observations, leur rétention en eau est plus élevée, mais pour un temps court.
PB
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Quelles difficultés avezvous rencontrées? PB Nous avons eu premièrement de la peine à accéder aux archives des données des bâtiments ainsi que des propriétés de ces substrats en place depuis plusieurs années. Nous avons également dû revoir nos techniques de mesure pour l’analyse de ces surfaces anciennes, car les protocoles actuels ne pouvaient pas s’y appliquer. Nous avons ainsi développé des outils de mesure appropriés. HES-SO
Qu’apporteront les toitures végétalisées à la ville de demain? PB La présence de végétal sur les toits induit des effets sur la pollution de l’air, sur la biodiversité, et HES-SO
tout un écosystème s’y développe: nous avons pu observer que des espèces menacées (animales et végétales) trouvent refuge sur ces toits, mais aussi des plantes invasives. L’équilibre doit être consciencieusement maintenu sur ces surfaces. Comme nos mesures l’ont indiqué, elles sont efficaces en cas de fortes pluies pour retenir l’eau et donc minimiser les risques d’inondation tant qu’elles ne sont pas saturées. Mais nous devons rester vigilants: quelles sont les limites d’absorption de ces toitures végétalisées après plus de dix ans? Combien devrait-on implanter de tels toits dans une ville comme Genève pour que ces toitures soient efficaces et permettent réellement de supprimer le risque d’inondation lors de pluies exceptionnelles? L’analyse des risques doit être prolongée, elle fait d’ailleurs partie de nos objectifs dans la suite de nos recherches. Des toitures expérimentales sont également cultivées sur le site de Lullier. Comment exploitez-vous cet espace? PB Nous cultivons des toitures végétalisées depuis un an sur les toits du Centre horticole de Lullier, ce qui représente une surface de près de 1200 m2. Ces toitures servent en effet à la démonstration aux particuliers et aux entreprises du secteur des constructions, qui portent une attention particulière à ces problématiques mais aussi à l’enseignement et à la recherche – nous pouvons ainsi les observer vieillir. Cet espace nous permet ainsi de connaître les nouveautés et techniques développées par les entreprises du secteur, mais aussi de discuter avec elles de nos recherches et les sensibiliser à l’entretien adéquat de ces toitures. Nous sommes par ailleurs en cours de discussion pour l’élaboration d’un mélange de substrat avec une entreprise privée.
L’hepia entretient des toitures végétalisées depuis 2015 sur les toits du Centre horticole de Lullier, ce qui représente une surface de près de 1200 m2.
Hautes écoles impliquées:
HES-SO
HEIG-VD
hepia
« La présence de végétal sur les toits induit des effets sur la pollution de l’air, sur la biodiversité, et tout un écosystème s'y développe. »
63%
Une toiture extensive (de moins de 15 cm d’épaisseur) peut retenir jusqu’à 63% des précipitations.
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Nature et Ville Programme de recherche La nature au bénéfice de la ville et la ville au bénéfice de la nature Une publication de la HES-SO Haute école spécialisée de Suisse occidentale
Impressum
Edition Rectorat HES-SO Route de Moutier 14 2800 Delémont Suisse
Photographies Couverture – Thierry Parel P. 3 – Bertrand Rey P. 4, 9, 10 – Thierry Parel
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Nature et Ville