La méthodologie « Deep City »

1. Colloque franco-suisse 24 – 25.6.2010 Gestion de l’espacesous la ville : Des géosciences à l’urbanisme La méthodologie « Deep City » Aurèle Parriaux et Li Huanqing EPFL - École polytechnique fédérale de Lausanne GEOLEP – Laboratoire de géologie de l’ingénieur et de l’environnement E-mail : aurele.parriaux@epfl.ch

2. Constat • En général, les professionnels de l’urbanismeignorent tout de la nature de ce qui estsous la ville. • Ilsignorentdonccequel’onpeut faire de ce milieu.

3. Analyse du constat • A la limite, cette non connaissance est excusable en raison de la formation de base de l’urbaniste • Ce qui n’est pas excusable, c’est qu’on en reste là, comme si cette question était insoluble. • Il existe un professionnel qui connaît le sous-sol et avec qui on peut (on doit) collaborer : le géologue

4. Le projet « La ville souterraine » (« Deep City ») : Un concept global pour une gestion durable du sous-sol

5. Notre thèse “Le développement durable de la ville ne peutêtreobtenu sans faire plus appelà la 3e dimension”

6. Principale conclusion de l’étude des leçons du passé : • L’approchesectorielle est la raison principale de la non conformité avec le développement durable.

7. Approche sectorielle de l’usage du sous-sol

8. Les critères de décision sont généralement des critères à court terme (essentiellement technique et économique) Les professionnels des différents secteurs ont peu de contact entre eux Leur compréhension des autres domaines concernés par le sous-sol est souvent pauvre.

9. Principes de base du projet1. Le sous-sol est une ressource à usages multiples, pas seulement pour construire !2.Une approche planifiée multi-usages permet d’exploiter ce potentiel à long terme

10. Les quatre ressources principales du sous-sol urbain

11. Approche multi-usages

12. Synergies et conflits 2 exemples Conflit : Espaceet eauxsouterraines 2 variantes de métro (Genève) Synergie : Espaceet géothermie

13. InteractionsEspace – eau souterraine

14. The main agents of urbanization leading to alteration of groundwater. (1) Suppression of natural soils and their cleaning function on the surface water. (2) Leakage of sewage pipes => diffuse and widespread pollution of shallow aquifers. (3) Pollutive accidents (hydrocarbons, industrial sewages etc). (4) Shallow excavations leading to a reduction of the protection over the aquifers. (5) Deeper excavations leading to several negative effect, for example long term drawdown of water table, bypass between surface water and groundwater, barrier for the groundwater flow etc 5

15. Effect of various civil engineering structures on aquifersNote thatsome structures canpassfrom a column to another one according to the history of pumpingregime in the aquifer. For example, building canpassfrom an unsaturated zone to a saturated one (eg Paris)1Hydraulic concurrence means the effect on otherpumpingfacilities (drinking water well, groundwater table withdrawal etc.) and possibly on springs. Type of structure and of hydrogeological setting Negative interaction

16. Matériels d’excavation urbains = géomatériaux potentiels ? Interaction Espace - géomatériaux Tri et réusage

17. Typologie des matérielsextraits du sous-sol et leurvalorisation

18. InteractionsEspace - géothermie

19. Synergies Geothermal pile for Zurich Airport

20. Desaturation of geothermal field by groundwater withdrawal due to tunnelling => energetic performance reduction(1) Original groundwater table.(2) Groundwater table after the construction of the tunnel. • Thermal conductivity (W/m.K) • Example of a sandy aquifer : • - Saturated sand : 1.5 – 4 • Dry sand : 0.3 – 0.8

21. Matrice des interactions D’après Blunier

22. Mutation dans la gestion Passer d’une approche « du besoin aux ressources » à une approche « des ressources aux besoins »

23. Validation par des études de cas • Genève • But : Test de la méthodologie complète sur un cas réel bien documenté => Boucles d’améliorations de la méthodologie par la pratique • Autres villes de Suisse • But :Evaluation plus grossières d’autres villes présentant des condtions géologiques variées • Amélioration de la robustesse de la méthode • Deep City Chine • Villes de très grande taille, autre géologie, autre gouvernance

24. Modèle géotype 3D D’après thèse Blunier

25. Typologie des villes de Suisse

26. Projet Deep City en Chine2009-2012 LI Huanqing Doctorante GEOLEP-REME Profil Science de l’environnement Management de projet

27. OUTLINE • Echelle et contexte du projet en Chine • Inputs méthodologiques dans le projet Deep City Chine

28. Echelles du projet en Chine • Echelle ciblée (centre de gravité) • Région côtière (Est): Province de Jiangsu (Yangtze) • Ville deltaïque: Suzhou (‘Venise orientale’) • Zones urbaines: Vielle ville du centre, parc industriel de l’est, quartier high-tech de l’ouest • Echelle générale • Métropoles dans le territoire de la Chine, avec 4 types de sous-sol urbain

29. Echelles du projet en Chine • Echelle ciblée (SUZHOU) Logistique et fabrication Parc industriel High tech Veille-ville Tourisme écologique

30. Echelles du projet en Chine • Echelle générale Réseau de typologie des villes chinoises

31. Echelles du projet en Chine MODELE GEOLOGIQUE 3D (VUE ENSEMBLE DE LA VILLE DE SUZHOU) • D’après L. Cao

32. Contexte urbain en Chine VILLE COMPACTE? Transformation urbaine en Chine: • Expansion sur les surfaces rurales (mode principal actuel) • Terre: profits importants créés en transformant la terre agricole en terrain urbanisé, le droit d’usage vendu par l’autorité aux promoteurs privés • Autorité locale: pression d’atteindre la performance économique • Internationalisation: expansion spatiale sous forme du parc industriel pour augmenter l’investissement étranger • Menace l’alimentation en nourriture de la population. • Redéveloppement des quartiers existants (moins pratiqué actuellement) • Plus coûteux • Nécessite une planification urbaine, des démolitions et des assainissements des terrains avant construction STRATEGIE Limitée à court-terme MEILLEURE SOLUTION à LONG-terme Origine de l’intérêt d’un concept Deep City pour la Chine

33. Inputs méthodologiques STRATEGIE • Définition d’une méthodologie universelle pour la gestion des ressources du sous-sol, avec une généralisation du cadre développé en Suisse • Etude pilote dans une ville cible : croissance démographique, riche en ressources du sous-sol, développement économique rapide, transformation urbaine Concept Multi-usage (exploitation ressources) Adaptation au contexte urbain en Chine Test d’Applicabilité au centre de gravité Deep City Implémentation générale à l’aménagement du territoire Deep City Chine

34. Inputs méthodologiques OBJECTIFS economic economic social social environmental environmental Project Deep City Switzerland Project Deep City China

35. Inputs méthodologiques Objectif en analyse économique (1) : Chiffrer les VALEUR ECONOMIQUE DES RESOURCES SOUS-SOL Valeur économique totale Valeurs d’usage Valeurs de préservation Usage direct Usage indirect Usage futur Valeur d’existence • Consommation directe: • Espace d’usage • Support géotechnique des structures • Eau potable et eau industrielle • Minerais • Matériaux extraits pour construction • Chaleur ou froid à exploiter • Avantages écosystèmes: • Biodiversité influencée par l’ hydrogéologie • Fonction épuratrice et protectrice de l’eau souterraine • Isolation des nuisances (bruits) • Stockage des déchets polluants - Nappes profondes réservées au futur - Sites réservés avec potentiel de construction souterraine • Autres ressources précieuses? • Autres usages potentiels?

36. Inputs méthodologiques Objectif en analyse économique (2) : Évaluer les gains urbanistiques du dessus vers le dessous • Que déplacer de la surface en souterrain ? • Implication au niveau des coûts d’investissement et d’exploitation ?

37. Simulation technique, financière et énergétique pour un grand magasin urbain Variante 1 (en surface) Variantes 2 et 3 (en souterrain)

38. Conditions géologiques Variante 3 : Géologie facile (molassegréseusehorizontale) : => Paroisclouées Variante 2 : Géologiedifficile (moraine aquifère) : => Paroismoulées

39. Couts de constructionen souterrain / en surface • V2/V1=1.23 (surcoût 23%) • V3/V1= 1.10 (surcoût 10%) • (sans compter le prix du terrain) • D’aprèsEmch & Berger + P. Maire + A. Poux Variante1: construction en surface Variante2: construction en souterrain avec géologie difficile Variante3: construction en souterrain avec géologie facile

40. Coûts globaux? • A partir des coûts de construction, chiffrer le bénéfice économique global prenant en compte le prix du terrain, le gain en qualité de vie du voisinage et le gain en environnement (biodiversité, etc…) • Analyse Globale Coût-Bénéfice pour le projet de construction souterraine dans un quartier urbain, avec le point de vue socio-économique

41. DE DESSUS VERS LE DESSOUS? Conséquences pour le marché immobilier Manque d’espace en surface  utiliser davantage l’espace du sous-sol • Augmentation de la surface de plancher (densité) disponible dans la ville • Diminution du prix du m2 de plancher • Réduction des prix et loyers des biens et services qui utilisent ces surfaces • Possibilité de libérer des parcelle pour aménager des espaces publics (places, parcs) • Eviter l’étalement urbain

42. De la théorie à la pratique • Domaine légal : collaboration avec l’Office fédéral du développement territorial afin d’introduire la 3e dimension du territoire dans la révision de la LAT. • Domaines scientifique et technique : recommandations aux associations professionnelles (urbanistes, architectes, ingénieurs civils, geologues, specialistes de la géothermie, professionnels de l’alimentation en eau potable etc…)

43. Leçon du projet Deep City (1) • Le sous-sol urbain doit être considéré comme un tout : Un volume contenant des ressources fondamentales pour le développement durable de la ville, pour la construction, mais pas seulement.

44. Leçon du projet Deep City (2) • Ce volume géologique peut offrir un usage multiple de ces ressources s’il est planifié en définissant des synergies et des incompatibilités (selon la méthodologie du projet Deep City)

45. Leçons du projet Deep City (3) • Si le développement du sous-sol n’est pas planifié, continuant ainsi selon l’”approche sectorielle”, la ville va perdre un de ses derniers degrés de liberté (la réparation des erreurs dans le sous-sol est plus difficile qu’en surface).

46. Rapport complet DEEP CITY