Brochure inpact octobre2016 by hepia

Les Instituts de recherche hepia

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L’avenir est à créer

Brochure Ra&D La Recherche appliquée et le Développement (Ra&D) sont réalisés dans le cadre de quatre instituts disposant d’équipements « up-to-date » et de moyens importants en termes de ressources humaines et financières. Ces instituts, issus des départements d’hepia sont : • inPACT : institut du Paysage, de l’Architecture, de la Construction et du Territoire avec pour axes stratégiques de recherche : • Agglomérations et paysages • Architectures et ouvrages performants • inIT : institut d’ingénierie Informatique et des Télécommunications avec pour axes stratégiques de recherche : • Systèmes embarqués et temps réel • Systèmes distribués à grande échelle • Interaction société machine • inSTI : institut des Sciences et Technologies Industrielles avec pour axes stratégiques de recherche : • Bio-ingénierie • Eco-ingénierie • Mécanique des fluides appliquée aux domaines de l’énergie • Matériaux, nanotechnologies et conception microtechniques • inTNE : institut Terre-Nature-Environnement avec pour axes stratégiques de recherche : • Ecologie et gestion des milieux naturels et aménagés • Fonctions environnementales sous pressions anthropiques dans les agroécosystèmes Cette structure Ra&D mise en place en 2011 vise non seulement à améliorer notre performance et notre réactivité eu égard aux nombreuses sollicitations de nos partenaires industriels et institutionnels mais elle permet aussi, grâce à ses axes stratégiques de recherche de profiler l’institution dans le paysage des Hautes Ecoles régionales et suisses. En effet, le fait qu’hepia regroupe en son sein tous les pôles du domaine HES-SO « ingénierie et architecture » permet d’effectuer naturellement des projets de recherche transdisciplinaires dont les innovations sont transférées à l’externe vers des partenaires via des licences sur brevet ou par la cession de brevets mais aussi par la création d’entreprises. Cette même année 2011 a vu naître le Geneva Creativity Center dont l’objectif principal est d’amener plus rapidement des innovations élaborées au sein des Hautes écoles genevoises que sont l’Université de Genève et la HES-SO // Genève vers la société ainsi que de pouvoir répondre aux problématiques des entreprises et des collectivités. De ce fait, quel que soit le point d’entrée, les entreprises bénéficient de facto d’une offre étendue de compétences de pointe ; voir le site internet : http://www.creativitycenter.ch/ Ainsi, le corps professoral, les assistants et assistantes de recherche, le personnel administratif et technique composant les instituts de la Haute Ecole du Paysage, d’Ingénierie et d’Architecture de Genève, sont en permanence au service de la société et de son environnement.

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Gilles Triscone Professeur HES, Responsable de la coordination Ra&D gilles.triscone@hesge.ch

inPACT

inPACT L’institut du Paysage, de l’Architecture, de la Construction et du Territoire (inPACT) se déploie dans le domaine de la construction et de l’environnement. Il couvre une échelle qui va du matériau au territoire et se situe à la convergence des métiers de l’architecte, de l’ingénieur civil et de l’architecte du paysage. Cette pluridisciplinarité constitue la particularité et la force d’inPACT dans le traitement des projets de recherche et de la réalisation de mandats d’études pour des collectivités ou pour le secteur privé, acteurs, de plus en plus confrontés à des problèmes d’urbanisme, de paysage, de mobilité, d’énergie et de gestion des ressources. L’institut peut apporter des réponses concrètes en adéquation avec les méthodes et technologies d’analyse de projet les plus récentes dans les domaines paysagers, architecturaux et d’ingénierie du bâtiment. Ses activités s’organisent autour de deux axes stratégiques principaux : • agglomérations et paysages ; • architecture et ouvrages performants. Ainsi, des groupes de compétences formés du corps professoral, des assistants et du personnel technique assurent le déroulement des différentes activités de Ra&D et de services à la collectivité conformément aux axes stratégiques principaux. En cas de nécessité, ils peuvent faire appel à des compétences complémentaires disponibles au sein d’hepia. Les étudiants bénéficient également des retombées des résultats Ra&D dans leurs études bachelor et master.

Reto Camponovo Professeur HES, Responsable institut inPACT reto.camponovo@hesge.ch

inPACT Urban Solar Skin (USS) Potentiel solaire actif et passif sur les façades d’immeuble G. Desthieux, C. Carneiro, N. Abdennadher, A. Boulmier et R. Camponovo (hepia), C. Ellert (HES-VS), E. Morello (Politecnico Milano), S. Freitas (FCUL-Lisbonne)

Descriptif USS se place dans le contexte d’une valorisation intense de l’énergie solaire dans le tissu bâti, non seulement sur les toitures, mais aussi sur les façades, afin de répondre aux objectifs énergétiques et climatiques de la Suisse. Il s’inscrit à la suite du cadastre solaire élaboré sur un plan horizontal (toitures et territoire) à Genève et vise à développer une méthode et un outil pour analyser l’irradiation solaire sur les façades d’immeubles en recourant aux outils de GIS 2.5D et 3D et de modélisation solaire.

Points forts • Outil intégré et performant calculant le potentiel solaire sur les toitures, le terrain (toitures/couverts potentiels) et les façades d’immeubles grâce aux outils GIS 2.5D et 3D. • Approche géomatique innovante pour modéliser en 3D les façades à partir de modèle numérique de surface en 2.5D (approche par hyperpoints). • Recours au cloud computing permettant une analyse du potentiel solaire sur un large territoire (plusieurs km2). • Dispositif de visualisation 3D du résultat d’irradiations solaires sur les façades en vue d’une valorisation plus intensive des façades.

Urban Solar Skin (USS) est un projet financé dans le cadre du programme de recherche du domaine Ingénierie & Architecture (HES-SO) et du sousprogramme Energy District 2050, et co-financé par les Services industriels de Genève (SIG) et l’Office cantonal de l’énergie (OCEN). Il s’inscrit dans un partenariat scientifique international : hepia, HES-VS, Ecole polytechnique de Milan, Faculté des sciences de Lisbonne. USS se place dans le contexte d’une valorisation intense de l’énergie solaire dans le tissu bâti, non seulement sur les toitures, mais aussi sur les façades, afin de répondre aux objectifs énergétiques et climatiques. En effet, les nouvelles technologies solaires PV sont particulièrement compatibles au niveau technique et architectural avec une valorisation active de l’énergie solaire sur les façades (selon le concept de BiPV). USS fait suite au projet du cadastre solaire élaboré sur un plan horizontal (toitures et territoire) à Genève. Il propose un outil intégré analysant le potentiel solaire non seulement sur les toitures mais aussi sur les façades (Image 1), dans le but de sensibiliser, communiquer et inciter à la valorisation des façades selon différents modes possibles : solaire actif (PV), ou passif tenant compte du micro-climat urbain. Si le calcul de l’irradiation solaire sur le terrain et les toitures se base sur un modèle numérique de surface (MNS) en 2.5D issu de relevés LiDAR, alors le calcul sur les surfaces doit intégrer la 3D au sens strict afin de modéliser la surface des façades. Cela est effectué en se basant sur le MNS 2.5D et en générant un ensemble de points (appelés ‘hyperpoints’) le long des façades entre le bord des toitures jusqu’au terrain (cf. Image 2). Le calcul d’ombrage et d’irradiation solaire se fait ensuite sur chacun des points des façades.

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Valorisation L’outil USS a fait l’objet d’un test pilote sur un large territoire du Canton de Genève (12 km2). Selon les résultats de cette phase, il sera possible d’élargir l’analyse et de proposer un cadastre solaire des façades sur une grande partie du Canton (zones urbanisées). Dans le cadre de la planification énergétique territoriale, les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples : • identification des façades à haut potentiel, notamment dans les zones d’activités et industrielles, • implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture et sur les façades, • évaluation de l’apport solaire passif (bilan énergétique), • leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier Les scripts développés Java permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques en tenant compte des ombres portées. Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v7) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1985-2005. Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 2.5D (toitures) et 3D (façades) du territoire. De plus, dans une phase de post-traitement, ces outils permettent aussi de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision. Légendes 1 - Irradiation solaire annuelle sur les toitures et les façades dans un quartier à Meyrin à Genève 2 - Génération d’hyperpoints le long des façades à partir du MNS 2.5D (bord toitures) et du MNT (terrain)

Enfin, dans la perspective des mises à jour régulières du cadastre solaire (selon le développement du bâti), une optimisation informatique des scripts permet de les exécuter sur des plateformes de Cloud computing accélérant ainsi le temps de calcul.

Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

Tél. +41 (0)22 546 24 00 rad.hepia@hesge.ch www.hesge.ch/hepia

inPACT eRen - Rénovation énergétique Approche globale pour l’enveloppe du bâtiment L. Rinquet, G. Rey, R. Camponovo, P. Gallinelli, D. Varesano (HEPIA), S. Schwab (HEIA-FR), S. Citherlet (HEIG-VD), G-A. Morand (HEVS)

Descriptif Le projet eRen vise à développer des outils d’aide pour proposer différentes solutions de rénovation énergétique pour les enveloppes d’immeubles de logement en Suisse romande. A partir de l’analyse de dix études de cas concrètes représentatives des typologies constructives et architecturales marquantes du 20ème siècle, il tente de favoriser une approche équilibrée prenant en compte considérations énergétiques, patrimoniales et économiques.

Extraits des façades des 10 bâtiments étudiés. © hepia / leea

Points forts • Dresser un inventaire des différentes typologies constructives existantes en Suisse romande. • Proposer des solutions de rénovation exhaustives, réalistes et chiffrées servant de bases de travail pour les acteurs de la rénovation thermique du bâtiment. • Porter une réflexion plus large sur le marché de la rénovation thermique en mettant en évidence ses forces et faiblesses.

L’assainissement énergétique des immeubles d’habitation est un enjeu majeur de la stratégie énergétique 2050 de la Confédération suisse. Malgré la volonté politique, le taux de rénovation énergétique reste relativement limité et le rythme ne semble pas s’accélérer. Parmi les obstacles les plus fréquents on peut indiquer le coût des travaux, le faible prix de l’énergie, les difficultés techniques, les questions patrimoniales, la disponibilité de spécialistes qualifiés, ou la pénurie de logements. Les interventions ponctuelles sans vision d’ensemble sont la norme. Lorsqu’un projet complet est mené à bien, il se résume souvent à une mise à jour des installations techniques, un remplacement des fenêtres et une isolation périphérique. Ces solutions éventuellement valables sur le plan énergétique posent souvent des questions constructives, de respect du patrimoine, de physique du bâtiment ou encore de durabilité. L’étude eRen part du postulat que le parc bâti de Suisse romande se décline en différentes typologies constructives, témoins d’époques et de modes de construction différents, qui participent à l’identité de la ville et méritent chacune un traitement particulier afin d’en préserver au mieux les qualités. eRen propose donc un travail sur l’enveloppe des bâtiments basé sur une approche globale et interdisciplinaire cherchant le meilleur équilibre entre efficience énergétique, aspects constructifs et de physique du bâtiment, économie, co-bénéfices et co-pertes et valeur patrimoniale. En développant des outils d’aide et de réflexion pour la rénovation énergétique des principaux types d’immeubles d’habitation en Suisse romande, le projet constitue un cadre de référence accessible aux principaux acteurs pour leur permettre d’agir ensemble avec efficacité dans le cadre d’une rénovation énergétique tout en tenant compte des valeurs d’usage et culturelles du bâtiment à rénover.

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Valorisation L’étude, de par son exhaustivité, permet de sensibiliser différents acteurs professionnels actifs en rénovation thermique (propriétaires, régies, services de l’énergie et des constructions, ingénieurs conseils, architectes) aux questions patrimoniales et de préservation du tissus bâti. L’étude est également valorisée dans le cadre de l’enseignement de la construction à l’hepia (haute école du paysage d’ingénierie et d’architecture) et l’heia-fr (haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg).

Equipement particulier • Mesure des valeurs U de différents éléments de construction sur des bâtiments témoins grâce à l’installation de dispositifs de mesure in situ. Légendes 1 - Façade d’un bâtiment étudié. © hepia / leea 2 - Rez-de-chausse présentant un fort potentiel d’isolation. © hepia / leea 3 - Thermographie d’une façade-rideau métallique. © hepia / leea 4 - Installation d’un dispositif de mesure de valeur U sur la toiture d’un bâtiment. © hepia / leea 5 - Stratégie d’intervention à l’échelle d’un bâtiment. © hepia / leea 6 - Stratégie d’intervention à l’échelle d’un détail constructif. © hepia / leea

• Bilans thermiques des bâtiments sur logiciel. • Modélisation du comportement thermique de détails de construction sur logiciel.

Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

Tél. +41 (0)22 546 24 00 rad.hepia@hesge.ch www.hesge.ch/hepia

inPACT Tosa 2 Conception d’un mât pour une station de charge de bus électrique Lionel Rinquet, Nicolas Brun, Kinn Galeuchet, Théo Mandanis, Giovanni Salvador, Nicolas Simard, Loic Simon

Descriptif Le projet Tosa 2 s’inscrit dans un projet plus large qui vise à développer l’utilisation de bus électriques à recharge rapide, sur le réseau genevois. Il s’attache au développement du système de recharge « flash » de grande capacité qui doit alimenter en courant les bus électriques lors de leurs arrêts.

Projet du mât métallique par les étudiants de hepia.

Points forts • Conception d’un mât métallique pour supporter une station de charge rapide. • Intégration des équipements électriques dans le paysage urbain. • Collaboration étroite avec les différents mandataires et initiateurs du projet. • Collaboration avec un bureau d’ingénieur civil pour le dimensionnement structurel.

Le projet Tosa est né d’un consortium d’entreprises (TPG, OPI, SIG, ABB) ayant pour ambition de développer un bus électrique pour le réseau de transport public genevois. Hepia participe activement au déroulement de ce projet, en particulier dans le domaine de la conception des structures qui doivent prendre place aux différents arrêts pour approvisionner les bus en énergie électrique. Cette collaboration a déjà donné naissance au projet TosaStruct qui consistait en la conception d’un élément préfabriqué en béton fibré ultra performant, remplacé par une structure métallique dans le déploiement du système. Dans le cadre du projet Tosa 2, des étudiants en architecture, génie civil et en architecture du paysage ont conçu le mât métallique comme support d’un bloc chargeur capable d’alimenter les bus en courant électrique lors de leurs arrêts, ainsi que les armoires d’installations techniques et l’intégration du tout sur les arrêts de la ligne 23 des TPG. Toutes les contraintes permettant à ce projet de s’inscrire dans une certaine réalité ont été considérées : contraintes structurelles, urbanistiques, techniques, esthétiques, etc. Le mât métallique a fait l’objet d’études plus approfondies, entre autres avec un bureau d’ingénieurs civils, pour préciser certains points de sa conception et le rendre réalisable.

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Valorisation • Articles de presse. • Collaboration étroite avec les différents partenaires et initiateurs du projet. • Collaboration avec un bureau d’ingénieurs civils pour le dimensionnement structurel et l’étude de faisabilité. • Participation au think tank « Transports en commun » du DETA. • Pédagogie, ateliers interdisciplinaires CEN.

Equipement particulier • Logiciel de simulation des structures SCIA.

Légendes 1 - Montage photo du mât métallique par les étudiants de hepia. 2 - Bus électrique à sa station de recharge. © abb.ch 3 - Coupe sur une station de recharge. 4 - Plans d’exécution du mât métallique.

Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

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inPACT H-CEVA Essais de comportement des éléments de façade des gares du CEVA à échelle 1 : 1 Lionel Rinquet, Reto Camponovo, Peter Gallinelli, Miguel Sanchez, Damien Varesano, Eric Vittecoq, Martina Zsely Schaffter

Descriptif Le projet H-CEVA a testé en grandeur nature le comportement des éléments vitrés en double peau compacte respirante imaginés pour les façades des gares du CEVA par le groupement des ateliers Jean Nouvel. hepia, mandatée par l’entreprise Hevron SA a mené, en collaboration avec Beaud Ingénierie Sàrl, l’analyse de l’atmosphère interne des éléments (l’évaluation des risques de condensation et d’encrassement et la rédaction de consignes d’entretien pour l’exploitant). Les partenaires ont ainsi contribué à perfectionner le prototype en vue de la production en série.

Points forts • Implication sur un projet phare de l’agglomération genevoise. • Elaboration d’un protocole d’essai, essais et mesures de comportement sur un système de façade novateur (double peau compact en régime 100% extérieur). • Test sur les filtres à poussières contenues dans les éléments de façade par exposition in situ et analyse en laboratoire.

Eléments prototypes installés à la gare des Eaux-Vives. © hepia / leea

Le consortium SHZ, piloté par Hevron SA, réalise les façades qui habilleront les cinq gares du CEVA. Au cœur du projet architectural, ces façades sont composées d’éléments de double peau compacte respirante intégrant plusieurs couches de verres qui réagissent aux conditions météorologiques de manière complexe. Deux campagnes d’essais se sont déroulées conjointement. La première a consisté à mesurer durant quatre mois les paramètres physiques de trois prototypes à l’échelle 1:1 installés sur le site de la future gare des Eaux-Vives à Genève. Le monitoring du renouvellement d’air, des températures et de l’humidité à l’intérieur et l’extérieur des éléments a permis de vérifier leur comportement dans des conditions météorologiques variées, d’analyser les risques de formation de condensation et de salissures sur la surface intérieure des verres et d’affiner le système en vue de la production en série. La deuxième a étudié l’efficacité des filtres anti-poussières assurant la « respiration » des éléments. Un caisson métallique muni de verres et de filtres installé dans la gare de l’aéroport de Cointrin a permis de reproduire par circulation d’air de manière accélérée l’encrassement des filtres et le dépôt des suies ferroviaires sur les verres. Ces suies ont été récoltées sur les verres et ont fait l’objet d’analyses par le service analytique du département TIN (technologies industrielles) d’hepia pour les quantifier et les qualifier. La synthèse des essais a permis d’évaluer objectivement les risques d’encrassement des éléments de façade et de proposer des prescriptions de maintenance à l’usage de l’exploitant, le but étant de minimiser les coûts d’entretien en cycle de vie.

inPACT

Valorisation Les essais ont permis d’appréhender par le biais d’une analyse des grandeurs physiques le comportement d’éléments respirants de double peau compacte en milieu 100% extérieur ce qui constitue une nouveauté dans le domaine de la façade et contribue à réduire significativement les coûts en cycle de vie de l’ouvrage. L’expertise et l’expérience acquise par l’équipe d’hepia durant ce projet ont été valorisées auprès des entreprises du consortium de constructeurs et serviront également au titre de la pédagogie.

Equipement particulier Légendes 1 - Montage des sondes dans les éléments en atelier chez Hevron SA. © hepia / leea 2 - Condensation intérieure résultant de l’ombre portée de la croix de Saint-André. © hepia / leea 3 - Grandeurs physiques mesurées. © hepia / leea 4 - Caisson de test installé à Genève Cointrin. © hepia / leea 5 - Verres intégrés au caisson de test. © hepia / leea 6 - Filtre testé en accéléré. © hepia / leea

• Sondes de température et d’humidité. • Sondes de mesure de concentration de CO2. • Caisson étanche en aluminium avec ventilateur pour recréer des conditions d’encrassement accélérées des filtres à poussières. • Spectrométrie de fluorescence X et spectrométrie infrarouge (TIN).

Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

Tél. +41 (0)22 546 24 00 rad.hepia@hesge.ch www.hesge.ch/hepia

inPACT sQUAD Centre de compétences transfrontalier pour le suivi et la planification des quartiers durables Gilles Desthieux, Annick Hmidan-Kocherhans

Descriptif Le projet INTERREG IVA sQUAD s’inscrit dans un contexte de multiplication des projets transfrontaliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations différentes. Il a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables.

Points forts • Déployer et enrichir l’observatoire transfrontalier Eco-Obs des écoquartiers. • Formaliser et valider des lignes directrices pour soutenir activement les opérateurs dans la planification et la réalisation de quartiers durables / « écoquartiers ». • Organiser des formations afin de renforcer les compétences des professionnels. • Structurer et pérenniser des centres de compétences régionaux.

Si les porteurs politico-administratifs des projets urbains sont en majorité sensibilisés aujourd’hui aux enjeux du développement urbain durable, ils se sentent souvent démunis pour les intégrer de façon cohérente dans les projets d’aménagement aux différents stades (appel à projets pour les plans de quartier, concours, mandats d’étude parallèle, etc.). Des outils, des labels, des référentiels existent, qui permettent d’évaluer de façon factuelle les projets de quartiers durables, mais ne suffisent pas en eux-mêmes à soutenir le processus de planification. En effet, ce processus requiert un outil de pilotage intégrant les diverses étapes de développement du projet ainsi que l’implication des différentes parties prenantes. Ces besoins ont été notamment mis en évidence dans les contextes transfrontaliers suisses et français lors du projet Interreg IVA « Eco-Obs: observatoire transfrontalier des écoquartiers », mené entre 2009 et 2012. De tels besoins ont motivé le montage d’un nouveau projet Interreg IVA - sQUAD, piloté par la HES-GE / hepia (CH) et INES-Plateforme évaluation et formation (F) qui associe des partenaires académiques, privés, et du monde associatif. Il a démarré en janvier 2014 et s’achèvera durant l’été 2015. Le projet sQUAD a pour finalité de stimuler les réseaux d’acteurs suisses et français autour d’une réflexion sur les projets d’urbanisme durable et de créer avec leur collaboration des centres de compétences au niveau des territoires transfrontaliers, permettant un suivi et le pilotage sur le long terme des quartiers durables. Cela implique: • de déployer l’observatoire Eco-Obs et de capitaliser du savoir sur les processus en cours de construction de quartiers durables sur des territoires transfrontaliers (le Grand Genève, l’Arc Jurassien, le Valais et le Chablais, la région de Chambéry et celle de Grenoble); • de formaliser sur cette base des lignes directrices pour l’accompagnement d’opérateurs urbains dans le processus de planification de quartiers (assistance à maîtrise d’ouvrage ou AMO en France); • de favoriser des échanges d’expériences et de savoir-faire entre les acteurs techniques et politiques; • d’organiser des formations visant à mettre sur pied des démarches de co-apprentissage à partir de cas pratiques et de références théoriques reconnues. En résumé, le projet proposé vise à répondre effectivement et de manière opérationnelle aux besoins des collectivités et des acteurs privés. Il ne se limite pas au déploiement d’un simple outil d’observation, mais contribue au développement d’un réseau de compétences et de savoir-faire au service des maîtres d’ouvrage.

inPACT

Valorisation Treize quartiers pilotes ont été analysés par le biais des outils proposés par l’observatoire (grilles d’évaluation selon Quartier durables/Sméo en Suisse, Label Ecoquartier en France, dispositif d’analyse des processus de planification sous l’angle du pilotage et de la gouvernance). Les retours d’expériences de ces analyses ont permis d’identifier les critères incontournables communs entre la France et la Suisse dans la perspective d’un pilotage stratégique, et de développer les lignes directrices guidant le processus de planification et la composition des quartiers durables.

Légendes 1 - Ecoquartier « Eikenott » réalisé à Gland (VD). 2 - Ecoquartier d’ « Ecovela » à Viry - France. 3 - Image de synthèse du futur écoquartier des Vergers à Meyrin. 4 - Territoires sQUAD.

inPACT Solar GIS Analyse du potentiel solaire sur les toitures et les façades. Application au cadastre solaire du canton de Genève Gilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano), Nabil Abdennadher (hepia)

Descriptif Trois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement le potentiel de production énergétique sur les toits et les façades des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géographiques facilement disponibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG). Irradiation solaire sur la ville de Genève.

Points forts • Cartographie du potentiel solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments. • Communication au public sur le potentiel solaire des toitures. • Gain de temps dans les avant-projets d’installation de panneaux solaires (nombreux déplacements in situ évités). • Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris/car-ports, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles temporelles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage. L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ». Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de post-traitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision : statistiques d’irradiation par toiture, ratios d’ombrage, parties des toitures productives, potentiels de production énergétique thermique et électrique sur les toitures et les façades.

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Valorisation L’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat de l’Office cantonal de l’énergie (OCEN) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures. Dans le cadre de la planification énergétique territoriale, les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples : • implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture et sur les façades, • évaluation de l’apport solaire passif (bilan énergétique), • leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier

Les scripts développés Java permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques en tenant compte des ombres portées. Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à GenèveCointrin sur la période 1980-2000. Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 2.5D (toitures) et 3D (façades) du territoire. De plus, dans une phase de post-traitement, ces outils permettent aussi de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision. Enfin, dans la perspective des mises à jour régulières du cadastre solaire (selon le développement du bâti), une optimisation informatique des scripts permettra de les exécuter sur des plateformes de Cloud computing accélérant ainsi le temps de calcul.

inPACT 3D Mobility Simulation de foule en situation de mobilité intermodale Groupe mip / Olivier Donzé, Yacine Benmansour

Descriptif Suite à une décision du Canton de Genève de requalifier le réseau des transports en commun horizon 2012, il nous a été demandé d’évaluer la capacité des aménagements de certaines interfaces de transport à absorber le flux d’usagers (en situation de transbordement) et d’évaluer les risques sécuritaires liés à la future mise en service.

Points forts • Visualiser les tables de matrices en 3D. • Identifier les zones accidentogènes. • Tester les propositions de mobilité. • Disposer d’un référentiel. • Bénéficier d’outils de vulgarisation et d’aide à la décision.

La simulation de foule en situation de mobilité intermodale combine les données d’ingénieurs de différents services de la ville et du canton pour être représentées en 3D. Une partie importante des données provient du Système d’Information du Territoire Genevois (SITG) et des experts en transport. Concrètement, il s’agit de mettre en place un simulateur permettant l’observation des comportements piétons, du trafic urbain et l’analyse itérative de divers scénarios de déplacement au cœur d’une interface de transport multimodal. La représentation de mouvements de foules est un exercice très complexe. Le phénomène étant très aléatoire, il doit néanmoins s’adapter à certaines règles de régulation du trafic. Il implique par conséquent la gestion d’une multitude d’éléments en interaction permanente dans un espace-temps bien défini. La simulation en cours est un projet pilote car il confronte pour la première fois les études réalisées par différents groupes d’ingénieurs. La simulation proposée ne peut en aucun cas prétendre fournir des réponses clé en main, ni reproduire le phénomène avec exactitude. Elle permet néanmoins de proposer un outil d’aide à la décision très performant car dynamique et itératif. Il offre la possibilité d’observer des mouvements de foule en interaction directe avec les réseaux des transports en commun et les réseaux mécaniques.

http://mip.hesge.ch

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Valorisation • • • • • •

Présentation Présentation Présentation Présentation Présentation Présentation

aux élus du canton de Genève au salon Imagina 2010 Monaco au salon Telecom 2011 Palexpo Genève au salon SIG Versailles 2010 au salon Geosummit à Bern 2011 au salon IFLA à Zurich 2010

Equipement particulier • Logiciel de modélisation 3D et de SIG.

Légendes 1 - Le réseau de tramway genevois (DGM). 2 - Matrice de calculs d’ingénieurs mobilité (CITEC et TPG). 3 - Matrice de feu de signalisation (Service de la voierie, ville de Genève). 4 - Visualisation sur la raquette de Plainpalais. 5 - Visualisation sur la station Plainpalais. 6 - Visualisation sur la station Bel-Air.

inPACT Maquette numérique 3D/4D Générer des socles numériques pour les Grands Projets du Canton de Genève Groupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

Descriptif Actuellement, le canton de Genève planifie dix «Grands Projets» de développement urbain pour répondre aux besoins de logements des habitants, construire des espaces de qualité, réduire les mouvements pendulaires... Le début de chantier étant agendé dès 2015-2018, le groupe mip a été sollicité pour développer des solutions de représentations du territoire et des projets par l’utilisation des maquettes numériques.

Points forts • Répondre aux besoins des décideurs et des mandataires. • Insertion des projets d’urbanisme dans une maquette numérique du territoire existant. • Précision et rigueur des données SIG utilisées. • Rapidité de mise à jour. • Réel outil de communication et de concertation. • Impression du modèle 3D via une imprimante 3D. • Insertion de l’impression 3D dans une maquette physique.

Les SIG (Systèmes d’information géographique) et la 3D sont devenus des outils indispensables pour la visualisation de données et l’élaboration de projets. Dans le but de répondre aux besoins des décideurs, chefs de projets, et parties prenantes, le groupe mip a développé un modèle de données et des routines d’exécution pour générer les socles de base du territoire en trois dimensions et insérer des projets d’urbanisme et de développement. Les solutions développées permettent une mise à jour rapide des projets dans le temps pour assurer un suivi à court, moyen et long terme. Au final, la visualisation des projets dans la maquette numérique du territoire sert tant le projet que les décideurs et les habitants, car plus qu’une simple image, la visualisation numérique devient un outil de communication, de concertation et d’aide à la décision dans le cycle de vie du projet. Plus d’informations sur les «Grands Projets»: http://ge.ch/amenagement/grands-projets

http://mip.hesge.ch

inPACT

Valorisation Publications • Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014 • Utilisation lors de tables rondes pour les Grands Projets • hepianews 02/2014 sous «Cités numériques»

Equipement particulier • Logiciel de modélisation 3D, de SIG, et vectoriel.

Légendes 1 - Processus de fabrication de la maquette numérique via un logiciel 3D (Cinema 4D). 2 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques et bâtiments. 3 - Maquette blanche du territoire avec courbes topographiques, bâtiments, arbres et forêts. 4 - Maquette du territoire avec orthophoto en texture. 5 - Maquette du territoire avec plan guide cantonal en texture.

inPACT Terr4D Maquette virtuelle historique du territoire Suisse Groupe mip / Olivier Donzé, Alain Dubois, Nedjma Cadi, Damien Dumusque

Descriptif Le projet se fixe l’objectif d’élaborer une méthode pour la création de maquettes virtuelles 3D historiques du territoire suisse. Cet outil interactif d’analyse et de visualisation permettra entre autres à tous les acteurs de l’aménagement de comprendre très rapidement l’évolution d’un territoire et, ainsi, d’améliorer leurs interventions. Ce sera également un formidable outil de pédagogie pour les étudiants des professions liées à l’aménagement du territoire. Il s’agit de développer une méthode pour recréer le paysage depuis 1789 à nos jours. C’est en effet pendant cette période que l’urbanisation en Europe a subi les plus profonds bouleversements. De plus, les données à disposition permettent de recréer fidèlement le paysage en s’appuyant entre autres sur des photos aériennes et des cartes précises.

Points forts • Evolution chronologique du territoire. • Outils pour la gestion des parcs et espaces plantés. • Visualisation des étapes de construction et de modification du territoire. • Rapidité de mise à jour. • Précision et rigueur des données SIG utilisées. • Outil de communication.

L’objectif de la recherche est double: trouver la méthode la plus rationnelle possible pour arriver à cette modélisation et stocker les géodonnées obtenues en cohérence avec les sytèmes d’informations du territoire actuels. Pour expérimenter la méthode, le choix de l’aire d’étude s’est porté sur le périmètre du PAV (Praille, Acacias, Vernets) à Genève, ainsi que sur les sites des parcs des Eaux-Vives, de La Grange et de Beaulieu.

http://mip.hesge.ch

inPACT

Valorisation • Conférences • Site web • Présentation journée Ra&D 2014

Equipement particulier • Logiciel de modélisation 3D, de SIG, documentation historique (plans, textes, ...)

Légendes 1 2 3 4 5 6

- Parc - Parc - Parc - Parc - Parc - Parc

Beaulieu, 1789. Beaulieu, 1870. Beaulieu, 2014. des Eaux-Vives et de La Grange, 1789. des Eaux-Vives et de La Grange, 1872. des Eaux-Vives et de La Grange, 2014.

inPACT Urba-Mapping Animation de maquettes physiques par vidéo-projection Groupe mip / Olivier Donzé, Benjamin Dupont-Roy

Descriptif Dans le cadre de la recherche menée par le groupe MIP sur «les grands projets» d’aménagement du territoire du canton de Genève, en parallèle du travail de production de maquettes 3D, le groupe a mis en place un système mettant en relation des maquettes physiques du territoire et des données 2D des différentes couches du SITG.

Dans le cadre des Grands Projets, le canton de Genève dispose de maquettes physiques du territoire existant à l’échelle 1:1’000, avec la possibilité d’insérer des maquettes des projets à venir sous forme de pièces emboîtables. Les maquettes deviennent alors support de communication, et les nouvelles technologies permettent de projeter et d’animer des données directement sur la maquette physique.

Points forts • Visualisation à grande échelle des planifications urbaines. • Intéraction avec le visiteur. • Animation des projets d’urbanisme et de mobilité sur la maquette du territoire existant. • Rapidité de mise à jour. • Précision et rigueur des données SIG utilisées. • Outil de communication et de concertation. • Projection de n’importe quelle donnée géoréférencée. • Evolution chronologique du territoire.

La maquette s’anime par la projection numérique et prend vie. Les différentes couches se calent parfaitement sur le relief et font découvrir de manière dynamique les usages et occupations du territoire passé, présent et à venir. Ce sont les prémisses d’une réelle intéractivité avec le visiteur.

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inPACT

Valorisation • Exposition lors de la Quinzaine de l’Urbanisme en septembre 2014 • Utilisation lors des tables rondes pour les Grands Projets • Utilisation lors des portes ouvertes d’hepia en 2014

Equipement particulier • Logiciel de modélisation 3D, de SIG et vectoriel, beamers

Légendes 1 - Vidéoprojection sur la maquette de Chêne-Bourg / Chêne-Bougeries. 2 - Utilisation lors de l’évènement annuel de l’Office de l’Urbanisme de Genève. 3 - Impression 3D insérée dans la maquette physique.

Fiche 1 Eco-OBS Observatoire transfrontalier des écoquartiers Ewa Renaud, Gilles Desthieux

Descriptif Le projet Eco-OBS a débuté en 2009 et s’inscrit dans le cadre du programme européen INTERREG IVA. Ce projet fédérateur entre la France et la Suisse est motivé par la multiplication des projets transfrontaliers d’aménagement qui font face à des méthodes, des pratiques et des législations bien différentes. Il est issu du partenariat entre hepia et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France.

Le principe premier de l’observatoire transfrontalier des écoquartiers est de mettre à disposition des porteurs de projets de nouveaux quartiers, ou de quartiers existants en Suisse ou en France, des outils et des éléments pour observer et évaluer leurs quartiers selon une grille d’analyse commune. Il s’agit d’une démarche d’auto-évaluation. Le projet s’appuie sur une plate-forme Internet (www.eco-obs.org) qui propose : Plusieurs outils pour évaluer les quartiers, qui permettent de guider les personnes dans la planification de leur projet de quartier : • outil SMEO : pour l’analyse d’un quartier selon une grille multicritères commune pour la Suisse et pour la France ; • outil Ulysse : pour l’analyse de la complexité urbaine à travers la causalité entre les critères ; • outil benchmarking : pour comparer un quartier avec d’autres. Un centre de ressources qui rassemble des supports utiles pour la planification et l’évaluation de quartiers. Il dispose d’un référentiel des écoquartiers sur le territoire transfrontalier et d’une interface « Wiki » interactive proposant par critère des définitions, méthodes d’évaluation, dispositifs légaux, méthodes et techniques.

Points forts Eco-OBS a pour objectif d’aider à l’élaboration de projets urbains durables en fournissant à leurs porteurs les différents objectifs, enjeux et critères de durabilité à prendre en compte, pour situer leur projet par rapport à d’autres et renforcer leurs compétences à travers une formation adaptée.

Eco-OBS a également pour objectif de définir les besoins en formation sur le thème des écoquartiers pour les professionnels de la planification urbaine afin de mettre en place des modules de formation.

Fiche 1

Valorisation Les outils proposés par Eco-OBS sont dans un premier temps testés sur des quartiers pilotes. Par la suite, les porteurs de projets d’autres quartiers pourront saisir les informations selon le principe d’autoévaluation. Plusieurs publications « cahiers Eco-OBS » ainsi que des articles scientifiques ont servi à la valorisation du projet. Le projet a également été présenté durant des séminaires transfrontaliers et lors de conférences ayant trait à l’urbanisme durable en Suisse et en France.

Légendes 1 - Bannière internet Eco-OBS 2 - MICA Mon-Idee-Communaux-d’Ambilly ©Bonnet Architectes 3 - Image de synthèse du site des Vergers, Commune de Meyrin. ©Archigraphie.ch 4 - Vue d’un écoquartier. ©Patriarche & Co

Fiche 2 EnerCAD Logiciel interactif de conception et d’optimisation thermique Reto Camponovo, Peter Gallinelli, Pascal Thomann

Descriptif EnerCAD est un environnement interactif de conception et d’optimisation thermique destiné aux architectes, ingénieurs thermiciens et maîtres d’ouvrage. Ce programme permet aux usagers d’établir un bilan thermique pour un bâtiment dès les premières phases d’un projet conformément à la norme SIA 380 / 1 : 2009. Les résultats peuvent être imprimés sous forme de formulaires officiels et admis pour les autorisations de construire, avec différents graphiques ou rapports.

Présentation EnerCAD : écran de démarrage avec dialogues de sortie (demande de chaleur, bilan mensuel, diagramme des flux). ©leea/hepia

Points forts Formulaires de justification par performances globales et ponctuelles. • Outil de calcul des valeurs U stationnaires et des valeurs U dynamiques. • Calcul de composants homogènes et in-homogènes avec évaluation du risque de condensation. • Ponts thermiques avec prise en compte détaillé du milieu voisin. • Diffusion de vapeur : calcul des pressions partielles, de saturation et zone de condensation. • Résultat en temps réel. • Multi-plate-forme MAC-OS, Windows et Linux / Unix. • Multilingue : français, allemand, italien.

Le programme EnerCAD est un ensemble d’outils de calcul et de simulation en rapport avec l’énergie dans le bâtiment. Il permet une saisie du projet aisée et rapide grâce à son interface graphique et conviviale. De nombreux utilitaires et bibliothèques, intégrés dans le programme (matériaux, composants), facilitent le travail. Un des atouts principaux du logiciel est l’approche énergétique réalisée qui fait partie intégrante du projet bâtiment dès ses premières heures. Le logiciel n’est pas juste un outil à produire des formulaires de justification pour le permis de construire. Les résultats sont présentés sous forme de graphiques et de tableaux permettant une compréhension rapide. Le programme offre également la possibilité d’évaluer le potentiel solaire actif (chauffage, production d’eau chaude sanitaire et photovoltaïque) du bâtiment étudié. EnerCAD est homologué depuis début 2002 pour le calcul de la demande de chaleur de chauffage lors des autorisations de construire. Un effort particulier a été porté sur l’aide au développement d’un projet. Outre un retour d’information immédiat suite à la modification d’un paramètre constructif par une actualisation du calcul en temps réel, EnerCAD intègre une évaluation de la conformité de l’efficacité énergétique pendant la saisie des éléments d’enveloppe. Ce logiciel s’adresse particulièrement aux architectes mais aussi aux ingénieurs et bureaux d’études souhaitant intégrer l’optimisation énergétique des bâtiments dans leur domaine de compétences.

Fiche 2

Valorisation Des licences professionnelles qui sont vendues aux spécialistes des métiers du bâtiment sont accompagnées d’un helpdesk. Cette aide en ligne va bien plus loin qu’une aide informatique et traite également des questions liées aux normes en vigueur et prodigue des conseils sommaires. Le logiciel est également utilisé à des fins didactiques dans les écoles d’ingénieurs, les universités et pour des cours de formation continue.

Equipement particulier • Ecobilan : EnerCAD propose l’évaluation de la masse [kg/m²] et des trois principaux indicateurs écologiques selon le KBOB / eco-bau : - la part d’énergie grise non renouvelable en MJ NRE, - la contribution à l’émission de gaz à effet de serre en kgEqCO2 et - les écopoints UBP (Umwelt-Belastungs-Punkte). • CEB : Certificat énergétique du bâtiment selon cahier technique SIA 2031 (SN EN 15217 et SN EN 15603). • Gestionnaire des matériaux : En offrant un gestionnaire de matériaux avec un accès en ligne aux catalogues de fabricants, EnerCAD est mieux que jamais armé pour optimiser votre projet sous son aspect thermique, qu’il s’agisse de constructions neuves, de rénovations ou encore de réalisations à hautes performances énergétiques (Minergie, Minergie-p, Passif).

Légendes 1 - Outil valeur U : calcul de la valeur U statique et dynamique. © leea/hepia 2 - Catalogue des matériaux : gestionnaire des propres matériaux et des matériaux de fabricants. © leea/hepia

Fiche 3 ETF-Kit Méthode d’estimation de la reproduction naturelle des salmonidés en rivière Zsolt Vecsernyés, Jean-François Rubin Damien Robert-Charrue

Descriptif Le projet Egg-to-Fry (ETF) consiste à développer une méthode de mesure permettant d’évaluer la qualité des rivières à travers les premiers stades de vie des salmonidés. Durant la phase de l’œuf à l’émergence (Egg-to-Fry), les jeunes alevins dépendent directement de la qualité de l’eau interstitielle (circulant dans le gravier). De ce fait, connaître le taux de survie des premiers stades de développement des salmonidés permet de démontrer la qualité des rivières et de leurs bassins versants.

Points forts Le but de ce projet est de fournir aux gestionnaires des cours d’eau un outil d’aide à la décision. Le kit n’améliore pas directement la qualité de nos rivières mais constitue une aide à la gestion. En effet, il propose un diagnostic représentatif de l’état écologique ainsi que de la qualité piscicole des rivières et de leurs bassins versants. Cette méthode permet également de cibler dans le temps et dans l’espace des problèmes particuliers, comme des sources de pollutions épisodiques ou des rejets illégaux.

Alevins de truite après émergence. © Damien Robert-Charrue

Les truites, comme les autres salmonidés, sont très sensibles à la qualité de leur habitat, aux variations de la température ainsi qu’à la qualité de l’eau. L’état des populations témoigne donc de la bonne santé des écosystèmes aquatiques. Les jeunes salmonidés sont particulièrement exigeants en ce qui concerne les propriétés de l’eau et, de ce fait, à l’état de l’ensemble du bassin versant. En somme, l’étude des premiers stades de vie nous permet de cerner les problèmes d’une rivière à différentes échelles grâce à l’exigence et à la sensibilité des salmonidés aux différents facteurs biotiques et abiotiques. De nos jours, les personnes en charge des cours d’eau et de la faune piscicole disposent de trois options de gestion des rivières. Le problème fondamental est de savoir laquelle choisir en fonction des impératifs écologiques, administratifs, sociaux et financiers que ce choix va engendrer. • Option 1) La non-intervention. Lorsque la reproduction naturelle fonctionne et que la population piscicole est stable. • Option 2) Le repeuplement. Cette technique consiste à élever des poissons en pisciculture, puis à les réintroduire dans le milieu naturel. • Option 3) La renaturation. Cette voie consiste à étudier la population piscicole et le milieu dans lequel elle vit, afin d’identifier les causes de diminution des effectifs et / ou les facteurs limitants des populations. ETF-Kit est une méthode ayant pour but d’aider les gestionnaires dans ces choix. En estimant la réussite de la reproduction et en la corrélant aux paramètres physico-chimiques de l’eau, il est possible de mettre en évidence les dysfonctionnements des écosystèmes aquatiques.

Fiche 3

Valorisation Actuellement, le projet ETF-Kit collecte des données pour étalonner la méthode. Plusieurs rivières sont échantillonnées en Suisse Romande et les résultats ont déjà permis d’affiner la méthode et les outils. La méthode fera l’objet de différentes publications pour informer des résultats obtenus. De plus, un brevet concernant les outils devrait être déposé.

Equipement particulier Le projet prévoit de mettre à disposition des gestionnaires un kit de mesure composé de deux outils principaux : • Des boîtes de développement permettent aux œufs de salmonidés de se développer de manière naturelle. Celles-ci sont insérées dans les rivières à étudier, puis sont relevées aux stades clés du développement des espèces. La conception de ces boîtes permet également de réaliser des prélèvements de l’eau s’écoulant sous le gravier et donc de mesurer la qualité de l’eau interstitielle de manière simple et rapide. Légendes 1 2 3 4 5 6

Œufs de truites dans le gravier. Alevins venant d’éclore de l’œuf. Alevins émergés dans l’Aubonne. Boîtes dans une frayère artificielle. Extraction des boîtes. Zone naturelle où les truites viennent se reproduire. © Damien Robert-Charrue

• Une sonde multiparamètres de terrain permet de mesurer, de manière sporadique et selon les besoins, les variables principales limitant le développement des premiers stades de vie des salmonidés. Cet outil permet de réaliser en quelques minutes une série d’analyses in situ.

Fiche 4 SIG-Solaire Outil géoréférencé d’analyse du potentiel solaire. Application au cadastre solaire du canton de Genève Gilles Desthieux (hepia), Claudio Carneiro (EPFL), Eugenio Morello (Politecnico di Milano)

Descriptif Trois chercheurs d’institutions académiques différentes ont développé un outil « SIG-solaire » qui a été mis à disposition de la présente étude sur le canton de Genève. Il permet d’évaluer de façon systématique l’irradiation solaire accessible sur le territoire et particulièrement sur les toits des bâtiments. Il se base sur les données météorologiques locales ainsi que sur les données géographiques facilement disponibles, par exemple au travers du Système d’information du territoire genevois (SITG).

Irradiation solaire sur la ville de Genève.

Points forts • Cartographie du potentiel solaire de façon systématique et automatique sur un large territoire, en s’appuyant sur les données 3D des bâtiments. • Communication au public sur le potentiel solaire des toitures. • Gain de temps dans les avant-projets d’installation de collecteurs solaires (nombreux déplacements in situ évités). • Découverte du potentiel solaire sur d’autres objets que les faces de toits (sur le terrain par exemple abris, parkings, etc.).

L’outil proposé est issu d’un travail interdisciplinaire mettant en synergie un certain nombre de compétences et de techniques dans les domaines de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) 2D et 3D, de l’analyse d’images, et des indicateurs environnementaux. Il permet d’évaluer l’irradiation solaire sur le territoire à différentes échelles temporelles avec une précision et une fiabilité tout à fait satisfaisantes pour les besoins énoncés par les mandants ; ceci grâce à la reconstitution précise du territoire en 3D au travers des données aéroportées LiDAR et à une intégration des différentes sources d’ombrage. L’ombrage sur la composante directe de l’irradiation est évalué à chaque heure d’une journée type à partir d’un voisinage proche (bâti, arbres), ou lointain (relief). Le facteur d’ombrage sur la composante diffuse peut être approché par le Sky view factor, qui analyse le degré de visibilité ou la non-obstruction dans le demi-hémisphère centré sur un point donné, selon le principe du « Fisheye ». Les résultats bruts d’irradiation sont ensuite traités, dans une phase de posttraitement, dans des outils SIG pour produire des indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la planification et à la décision. Dans le cas de la présente étude, il s’agit de statistiques d’irradiation (moyenne, médiane, minimum, maximum, écart type) calculées sur les vecteurs des toitures à partir des résultats en mode raster. Cependant, d’autres indicateurs utiles, tels que le facteur d’ombrage, les parties de toiture utiles et en définitive les potentiels thermiques ou photovoltaïques pourront être calculés sur la base de ces résultats.

Fiche 4

Valorisation L’outil SIG-solaire a pu être mis en œuvre afin d’élaborer le cadastre solaire sur tout le canton de Genève, sous mandat du Service cantonal de l’énergie (ScanE) et des Services Industriels de Genève (SIG), notamment grâce aux puissances de calcul et au traitement spatial systématique et automatisé propre aux SIG, tout en gardant une grande précision d’analyse (pixel de 0.5 m) nécessaire à une analyse fine de l’irradiation solaire sur les toitures. Les applications des résultats du cadastre solaire sont multiples dans le cadre de la planification énergétique territoriale : implications sur le marché immobilier en redéfinissant la valeur des bâtiments par rapport à leur potentiel énergétique solaire en toiture, leviers d’actions pour les collectivités pour inciter à l’accroissement de l’installation de panneaux solaires à travers différentes mesures et actions.

Equipement particulier Les scripts développés dans le logiciel MatLab permettent de calculer l’irradiation horaire à partir de données météorologiques et tenant compte des ombres portées. Les valeurs horaires d’irradiation sur plan horizontal sont issues de Meteonorm (v6.1) qui établit des valeurs statistiques à partir des données mesurées à Genève-Cointrin sur la période 1980-2000.

Légendes 1 - Irradiation solaire moyenne annuelle sur les toitures – quartier des Charmilles (Genève).

Les outils de système d’information géographique, tels que ArcGIS, permettent de traiter les données d’altitude issues du LiDAR pour reconstituer le modèle en 3D du territoire, sur lequel est calculé le potentiel d’irradiation solaire, et, dans une phase de post-traitement, de produire les indicateurs utiles pour la communication et l’aide à la décision.

Fiche 5 g-box Calorimètre solaire mobile pour mesure des performances énergétiques réelles des « systèmes de façade transparents » Peter Gallinelli, Dimitri Crivellin, Reto Camponovo

Descriptif g-box est un calorimètre solaire qui mesure les flux thermiques au travers des « systèmes de façade translucides ». L’appareil est composé de deux enceintes isolées placées derrière deux fenêtres à mesurer, dont l’une peut servir de référentiel. L’enceinte est maintenue à température constante moyennant un groupe de froid / chaud. La chaleur évacuée / apportée est mesurée par le débit du liquide caloporteur et la différence de température entre entrée et sortie de l’échangeur de chaleur dans l’enceinte.

Points forts Si certains laboratoires de recherche sont dotés de calorimètres (LBNL Berkley, EMPA...), ces derniers sont stationnaires en raison de leur grande taille ; g-box est transportable et ouvre ainsi la possibilité de mesurer in situ les propriétés de façade de bâtiments en exploitation et d’approcher ce type d’instrumentation de clients potentiels.

L’architecturale contemporaine se caractérise par la transparence qui se traduit par une forte utilisation du verre dans la construction. Amplifiée par la perspective d’étés plus longs et plus chauds ainsi que par le phénomène de l’apparition d’îlot de chaleur urbain, qui est le corollaire d’une urbanisation galopante, la surchauffe estivale des bâtiments est un sujet d’actualité qui peut déboucher sur de l’inconfort et donc provoquer un recours accru au froid artificiel engendrant une surconsommation énergétique. Malgré le perfectionnement des systèmes de façade, la problématique persiste car les performances théoriques établies sur papier ou en laboratoire se retrouvent difficilement dans la réalité construite. Ceci, du fait que, d’une part, la réalité construite est souvent bien plus complexe à cerner qu’un environnement de laboratoire, et que, d’autre part, les systèmes de façades se caractérisent par une multitude d’interactions complexe entre leurs constituants : ouvertures, verres, protections solaires intérieures et extérieures, comportement des occupants, climat réel… Si l’édition 2007 de la norme SIA 382/1 « Installations de ventilation et de climatisation – Bases générales et performances requises » donne un cadre aux coefficients de transmission d’énergie solaire des fenêtres (valeurs g) à atteindre par la combinaison du verre et des protections solaires, il n’est pas aisé de parvenir aux valeurs exigées, en particulier dans le cas de bâtiments fortement vitrés. Selon le contexte bâti et le choix des verres, des teintes, de la disposition et du mode opératoire, la valeur g réelle peut aisément dépasser de plusieurs pourcents l’objectif théorique. Il peut en résulter une surchauffe estivale des bâtiments nécessitant le recours aux systèmes de refroidissement actifs, par définition énergétivores. Il n’existe pas d’appareil transportable qui permette de mesurer et d’expertiser le comportement réel des façades construites. Le projet g-box consiste dans le développement d’un calorimètre transportable perfectionné qui, contrairement aux bancs de mesure fixes en laboratoire, peut être mis en œuvre sur les façades de bâtiments existants ou sur des échantillons de façades représentatives pour en qualifier le fonctionnement thermique (simple peau, double peau) en conditions d’exploitation réelles. A ce titre, l’appareil trouve également son utilité dans le cadre d’expertises. L’exploitation du g-box permet d’accéder à la mesure, l’expertise et la documentation d’un large éventail de systèmes réels, qui peut à son tour constituer un référentiel très utile aux constructeurs (architectes, ingénieurs).

Fiche 5

Valorisation Les données récoltées et les connaissances acquises sont directement utiles aux professionnels. Elles sont en effet immédiatement exploitables. Par ailleurs, ces connaissances peuvent en outre être parfaitement intégrées à la formation des constructeurs (architectes, façadiers, etc.), notamment dans le contexte de cours ad-hoc (Bachelor, Master, Formation continue) et dans le cadre de la formation de base. La création d’un portail Internet spécifique à cette problématique d’actualité est prévue.

Equipement particulier

Légendes 1 - g-box duo en exploitation (hepia). © Peter Gallinelli 2 - g-box duo (SUPSI). © Peter Gallinelli 3 - Fabrication du caisson de l’enceinte. © Dimitri Crivellin 4 - Fabrication de l’échangeur. © Dimitri Crivellin 5 - g-box schéma synoptique. 6 - Interface chaîne de régulation et d’acquisition.

Le développement de la g-box se base sur un prototype développé dans le contexte de l’expertise d’une verrière de centre commercial à Genève ayant permis de tester l’effet de films antisolaires. g-box fait appel aux derniers capteurs et dispositifs de régulation utilisés dans le domaine des processus industriels ; d’autres éléments sont issus du domaine de l’industrie chimique et de la mécanique. La prise de mesures est basée sur les acquisiteurs et capteurs couramment utilisés au LEEA pour la mesure en thermique du bâtiment. g-box est un exemple de la convergence de compétences complémentaires au sein d’hepia et de la collaboration avec d’autres institutions (SUPSI).

Fiche 6 LEMS Essais des Matériaux et des Structures Michel Noverraz

Descriptif Les essais de matériaux et structures sont incontournables dans le secteur privé et représentent également un apport concret dans l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction. A cet effet, le LEMS (laboratoire d’essais des matériaux et des structures) effectue de nombreuses expertises pour le compte du DCTI (département des constructions et des technologies de l’information), de bureaux d’études ou d’entreprises de la construction, notamment des essais pour définir les qualités des matériaux utilisés dans la réalisation de nouveaux ouvrages ou la rénovation d’ouvrages existants. Les essais effectués sont conformes aux normes en vigueur.

Essais pour l’optimisation de poutres de coffrage en aluminium.

Domaines privilégiés de compétences Le LEMS dispose de compétences en recherche appliquée et développement (Ra&D) dans les domaines des matériaux de construction : • essais sur les matériaux

Points forts Les ressources, l’expérience et les réseaux relationnels du LEMS au sein d’hepia permettent de traiter de manière pluridisciplinaire les projets et mandats Ra&D qui lui sont confiés, en recherchant et en privilégiant le dialogue avec le mandant. A cette fin, et en partenariat avec le mandant, le projet est décomposé en ses volets théoriques, numériques et expérimentaux pour disposer d’une analyse complète des projets traités.

• analyse des structures • essais sur des éléments de structure • contrôle et essais in situ Activités principales (liste non exhaustive) Essais pour le compte de bureaux d’études ou d’entreprises de la construction, notamment des essais de résistance du béton à la compression ou d’armatures de béton à la traction. Essais d’éléments de structures réalisés également dans les domaines de l’acier, de l’aluminium, du bois ou du béton ainsi que des expertises de structures existantes : • essais de comportement et de résistance des structures en vraie grandeur ; • essais de compression, traction et / ou flexion ; • mesures des déformations des structures au moyen de capteurs inductifs et/ou de jauges de déformation. Participation à l’enseignement de la connaissance des matériaux utilisés dans la construction. Conception, réalisation et essais de structures en vraie grandeur afin de compléter l’enseignement de la mécanique des structures en acier, en bois et en béton.

Fiche 6

Valorisation Description de mandats réalisés par le LEMS : • Calculs, dimensionnement et essais de nouveaux types de coffrages pour les dalles, pour la société HK Services SA afin de mettre sur le marché des plateaux de coffrages composés de poutrelles et de tubes en aluminium. • Analyse et relevés de la poussée du béton sur les coffrages. • Essais de fixations par ventouse. • Essais de liaisons bois-béton. • Essais d’allongement de peinture à basse température. • Analyse de marches d’escalier en béton préfabriqués.

Equipement particulier Légendes 1 - Développement d’une suspente sur une pièce de bois. 2 - Développement d’ancrage de garde-corps de ponts. 3 - Analyse pour le CICR de béton en provenance du Kenya. 4 - Développement de tables de coffrage pour HK Service SA. 5 - Armoire climatique pour essais Gel-sel. 6 - Développement d’un appui à bascule pour platelage mobile (HK Service SA).

• Presse pour essais de compression et détermination du module d’élasticité des matériaux (Fmax 5000 kN, hauteur 0.60 m). • Presse pour essais de compression (Fmax 2000 kN, hauteur 2.70 m). • Presse polyvalente pour essais de compression, traction, flexion (Fmax 200 kN). • Portique d’essai de flexion (Fmax = 2 x 60 kN, 2 x 120 kN ou 2 x 300 kN ; hauteur 2.60 m, largeur 2.00 m, longueur de la base d’essai 9.00 m). • Armoire climatique pour essais de –27° à +180° et essais gel-sel sur béton • Equipement pour essais sur béton frais. • Appareil de mesure FCT 101 pour déterminer la consistance et le rapport e / c du béton frais. • Equipement pour les essais granulométriques ; bétonnière pour la fabrication du béton ; moules pour éprouvettes de mortier et béton ; ponceuse pour cubes en béton.

Fiche 7 PGEE Modélisation hydraulique de réseaux d’assainissement urbains Zsolt Vecsernyés

Descriptif Etude du comportement hydrologique des bassins versants et des réseaux hydrauliques urbains, en vue d’évaluer les débits et les charges des eaux pluviales, eaux usées, eaux mélangées à évacuer, par temps sec et par temps de pluie.

Points forts • Etude de l’interaction entre l’hydrologie et l’hydraulique des réseaux d’assainissement urbains. • Interprétation des réserves de capacité hydraulique face aux développements futurs. • Evaluation de l’impact sur les milieux récepteurs naturels des charges hydrauliques et des flux de polluants rejetés par le système d’assainissement. • Analyse du fonctionnement des futurs ouvrages pour une gestion durable des eaux.

Au-delà des modifications climatiques qui influencent les précipitations et l’écoulement au sein des bassins versants, le développement urbain altère la dynamique du transfert des eaux vers les milieux récepteurs. L’étude de l’empreinte de l’urbanisation sur les processus hydrologiques et hydrauliques permet de proposer des stratégies en vue d’une gestion durable de nos ressources en eaux. Des simulations numériques hydrologiques et hydrauliques ont été menées, en intégrant le modèle numérique des bassins versants et des réseaux d’évacuation des eaux. Une analyse de sensibilité a été effectuée à partir des précipitations historiques en vue d’identifier les événements les plus représentatifs. De plus, des mesures de débits de longue durée ont permis de valider les méthodes et les résultats de simulations. Grâce à toutes ces données, une analyse comparative a été conduite pour mettre à l’épreuve différentes techniques de gestion des eaux et les mesures envisageables. L’analyse par modélisation du comportement hydrologique et hydraulique du complexe bassin versant – réseaux a permis de : • mettre en évidence le degré de contribution des sous-bassins, en fonction de la variabilité des événements pluvieux ; • identifier les tronçons du réseau d’évacuation ayant un manque de capacité hydraulique ; • suggérer la mise en séparatif d’une partie du réseau ; • proposer des ouvrages futurs pour une meilleure gestion des eaux ; • mettre en place des mesures de gestion des eaux, pour ralentir l’écoulement sur le bassin versant, limiter les pointes de crue dans les cours d’eau, lutter contre les inondations et élargir le cycle de l’eau.

Fiche 7

Valorisation Publication des résultats de l’étude. Réalisation progressive des mesures proposées par l’étude. Transfert de compétences dans les formations bachelor et master, en particulier dans le domaine de l’hydraulique.

Equipement particulier • Laboratoire d’Hydraulique Appliquée d’hepia.

Légendes 1 - Hydrogrammes calculés avec la pluie décennale. Débit d’une STEP limitée grâce au déversoir d’orage. © Zsolt Vecsernyés 2 - Mise en charge de la canalisation due à la pluie décennale, démontrée par simulation hydraulique. © Zsolt Vecsernyés 3 - Construction d’une nouvelle canalisation d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés 4 - Campagne d’étalonnage d’un déversoir de STEP, au Laboratoire d’Hydraulique Appliquée. © Michel Enggist 5 - Installation de l’appareillage de mesure de débit, sur le réseau d’eaux usées. © Zsolt Vecsernyés 6 - Dimensionnement d’un répartiteur de débit, composé d’un déversoir complexe et d’une vanne. © Zsolt Vecsernyés

• Canal expérimental, équipé pour l’étalonnage d’un déversoir : sonde ultrasonique, dispositif d’acquisition de données numériques, limnimètre gradué, canal d’approche créé à l’atelier central d’hepia, déversoir d’une STEP, chronomètre, auget calibré. • Logiciels de modélisation numérique et de simulation hydraulique.

Fiche 8 TosaStruct Calcul et réalisation de deux éléments préfabriqués en béton fibré ultra performant (BFUP) Bernd Domer, Michel Noverraz

Descriptif Le projet TosaStruct a étudié l’utilisation d’un matériau novateur dans des conditions difficiles. Il s’agit d’un béton fibré ultra performant (dit BFUP). Ce matériau possède plusieurs qualités qui le rend attractif pour une réalisation particulière : une résistance élevée à la compression et à la traction et une excellente qualité de la surface démoulée.

Points forts • Tests en laboratoire de la résistance du BFUP à la compression et à la traction. • Validation de l’utilisation de pigments colorés pour ce matériau. • Tests de mise en place du BFUP pour des coffrages d’une géométrie complexe. • Réalisation de deux éléments préfabriqués pour l’utilisation dans le cadre du projet TOSA.

Le consortium TOSA (www.tosa2013.com) développe actuellement la prochaine génération de bus électriques. Au lieu d’être lié à une ligne de contact comme pour le système des trolleybus aujourd’hui en service, le consortium propose des bus avec des batteries très puissantes. Ces batteries sont rechargées aux arrêts de ligne dans un temps record : environ 15 secondes uniquement. Pour prouver la fiabilité de la technologie, le consortium a projeté une ligne de test entre la gare CFF de l’aéroport et Palexpo. Cette ligne à nécessité deux potences de recharge. L’emplacement d’une de ces potences sur le viaduc de l’aéroport avec une capacité de charge réduite et sans possibilité d’ancrage au sol fut un véritable challenge pour les ingénieurs d’hepia. L’application d’un matériau novateur, le béton fibré ultra performant (BFUP), était la solution. La résistance élevée de ce matériau à la traction et à la compression a permis de réduire l’épaisseur des parois de la potence par un facteur 3 et en conséquence, dans la même proportion, le poids propre. Aucune armature passive n’était nécessaire pour renforcer la structure. Avant la production des deux potences en éléments préfabriqués, plusieurs tests en laboratoire ont été menés afin de s’assurer des caractéristiques du matériau. Les deux éléments préfabriqués d’une géométrie complexe et d’une hauteur de plus que 4 m ont été coulés en une seule fois. La conception du coffrage à du tenir compte des pressions importantes du béton frais ainsi que de la rétraction des éléments formant l’évidement pour éviter une fissuration pendant la phase de prise du ciment. Après la mise en place des potences de recharge, la ligne a pu être inaugurée en présence de la conseillère fédérale Doris Leuthard et plusieurs conseillers d’état le 26.05.2013.

Fiche 8

Valorisation Publications • UHPFRC 2013, Proceedings of the RILEM-fib-AFGG International Symposium on Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete, Marseille, 2013, « Construction of two precast power units in UGPFRC » • Dimension 2/2013, magazine pour la clientèle de l’entreprise Holcim • hepianews 8/2013 • Présentation à la journée de la recherche hepia 2013

Equipement particulier • Les équipements de test du LEMS (laboratoire des essais des matériaux et des structures, voir fiche séparé). • Logiciel de simulation des structures. Légendes 1 - Ajout des fibres métalliques à la masse cémenteuse du béton. 2 - Coffrage pour le test de fluidité du matériau et des différents aspects de surface. 3 - Essai de la résistance à la flexion. 4 - Coffrage de l’élément pendant la préfabrication. 5 - Arrêt « Palexpo » avec potence de recharge et abri. 6 - Arrêt « gare CFF aéroport » lors de l’inauguration le 26.05.2013 en présence de Doris Leuthard, conseillère fédérale.

Valorisation

La valorisation de la recherche d’inPACT s’est réalisée par des publications scientifiques ou tout-public, des communications dans des congrès, des interventions ponctuelles dans divers médias (TV, radio, journaux), ou encore l’organisation de manifestations scientifiques.

Sélection de valorisations « grand-public » « L’Etat se lance dans les énergies renouvelables », Tribune de Genève du 27 juillet 2011. « FAO : Le SITG fête ses 20 ans », FAO, du 20 juillet 2011. « Du beau partout en ville », Tout-immobilier, du 11 juillet 2011. « Espaces contemporains : Vincent Desprez La Place des Architectes Paysagistes en Suisse / VD », Espaces contemporains, du 13 mai 2011. « Genève se mobilise en faveur des toitures végétalisées », L. Daune, N. Mongé, Tribune de Genève, du 21 mars 2011. « Comme dans une peinture hollandaise », N. Pham, Le Temps, du 22 janvier 2011.

Sélection de valorisation scientifique Gori V., Balocco C., Carneiro C., Desthieux G., Morello E. « The evaluation of solar energy potential and energy needs for heating and lighting using LIDAR data. Applications on two real built up-areas », In: 27th International conference on Passive and Low Energy Architecture (PLEA), Louvain-la-Neuve, Belgium, 13-15 July 2011.

Conférences et prix Prix de Reconnaissance, Prix climatique Zürich – Marché Suisse Romande, Laureat 2011. SIG Solaire, Gilles Desthieux & all, 2011. Premier symposium des collectivités romandes sur le chemin de la société à 2000 watts, Forum relatif au bâtiment partant du constat suivant : « L’augmentation de l’efficacité dans les bâtiments est un élément fondamental de la société à 2000 watts, et la réflexion comprend également la mobilité.Des expériences et des instruments (Standard bâtiments 2011, objectifs de performance énergétique SIA) sont présentés et discutés », Modérateur R. Camponovo, 1er février 2012. Présentation du cadastre solaire dans le cadre du projet solarGIS, réalisé à Genève, à l’occasion des conférences scientifiques et publiques suivantes : Journée SITG, 24 juin 2011, Unimail, Genève. SIG2011, Conférence francophone ESRI, 4-5 octobre, Versailles. GIS day ESRI, 16 novembre, Nyon. Solar Meeting, 30 novembre, Chambéry. Geo Summit, 19-12 juin 2012, Berne. ESRI International User Conference, 23-27 July, San Diego (CA). 0 0 1 1 0 1

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