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Le cinquième rapport d'évaluation (AR5) publié par le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques) en 2013 a déclaré qu'il existe des preuves évidentes que le réchauffement climatique actuel est causé par des activités humaines. Il existe une preuve convaincante, en raison de la libération de gaz à effet de serre (GES) tels que le dioxyde de carbone (CO2) provenant de la combustion de combustibles fossiles pour produire de l'énergie (IPCC 2013).
Cela a également souligné la nécessité d'atténuer la consommation d'énergie et d'accroître l'efficacité énergétique de divers systèmes (comme la consommation de carburant dans les voitures ou la consommation d'énergie dans les bâtiments). L'énergie est l'un des principaux moteurs de l'économie mondiale et on peut s'attendre à ce que la consommation d'énergie augmente à l'avenir avec l'essor de la population humaine mondiale.
Depuis 2010, plus de 50% de la population mondiale vit dans les zones urbaines et ce chiffre devrait passer à 75% d'ici 2050 (ONU-Habitat 2009). Le développement urbain ainsi que l'expansion des villes, par la modification de l'utilisation des terres (du naturel au artificiel), modifient le budget énergétique local et les modèles de vent: cela provoque un phénomène appelé Urban Heat Island (UHI) (T. R. Oke, 1982). L'industrialisation des zones urbaines a également contribué à la pollution de l'air, du bruit et de l'eau sur ces sites. Des règlements ont été appliqués depuis lors pour protéger la santé et le bien-être des citoyens urbains, mais aussi celui de la faune et de la flore existantes.
Une grande partie de la demande mondiale d'énergie a été liée à des bâtiments qui, par conséquent, constituent l'une des principales sources de pollution atmosphérique. Environ la moitié de la consommation d'énergie primaire en Suisse se produit dans les bâtiments. De cette énergie, environ 30% sont consommés par le chauffage de l'espace, le refroidissement et le chauffage de l'eau; 14% par l'utilisation de l'électricité et 6% par la construction et l'entretien (OFEN 2011). En outre, le secteur du bâtiment représente plus de la moitié des émissions de CO2 en Suisse, ce qui montre qu'il est parmi les contributeurs les plus importants aux émissions de carbone. Cela implique également que le secteur du bâtiment offre une véritable opportunité pour une grande amélioration en ce qui concerne l'efficacité énergétique et la réduction des émissions de CO2.
L'utilisation de l'énergie dans les zones urbaines modifie également l'équilibre thermique local et peut donc conduire à une consommation énergétique accrue dans les bâtiments. Les techniques d'architecture, de conception et de construction (isolement des murs ou des toits, des fenêtres double ou triple) sont maintenant utilisées pour construire des bâtiments plus efficaces et moins consommateurs d'énergie. Lors de la conception de ce dernier, les outils de modélisation sont souvent utilisés pour fournir des estimations de leur consommation d'énergie.
Il est maintenant bien connu que le climat urbain dépend d'une série de processus qui se déroulent à différentes échelles spatiales (de l'échelle mondiale à la locale) et temporelle (Oke, 1982); La construction de la demande d'énergie et le climat urbain sont également étroitement liés et interdépendants (Ashie, Thanh Ca et Asaeda, 1999; Salamanca et al. 2011; Mauree 2014; Mauree et al., 2015). Il est donc essentiel d'avoir accès à des outils qui peuvent évaluer - avec précision - les interactions qui existent entre les bâtiments, leur consommation d'énergie et le climat local. Plusieurs modèles ont été développés ces dernières années pour mieux représenter les différents phénomènes influençant l'utilisation de l'énergie et le climat urbain. Cependant, la plupart de ces modèles fonctionnent mieux à différentes échelles (régionales, urbaines, de construction).
La complexité du micro-climat urbain ne peut être représentée avec des formules physiques simples. Les paramétrages des processus doivent être développés et intégrés dans des modèles pour simuler les processus qui se déroulent dans une configuration urbaine et à différentes échelles. La formulation appropriée des paramètres doit être entreprise en deux étapes: les premières mesures doivent être utilisées pour comprendre les processus physiques (génération de turbulences mécaniques, flottabilité et stratification thermique, taille de Foucault, etc.) dans les zones urbaines et la deuxième formulation généralisant ces processus peuvent alors être développés.
La validation et la reproduction à l'aide d'autres études de surveillance sont essentielles pour améliorer les modèles de turbulences, d'échange de flux de chaleur, de construction d'énergie, de stratification thermique de la couche limite inférieure et de modélisation des polluants atmosphériques. Il est prévu que ce suivi améliorera la représentation des zones urbaines dans les modèles météorologiques et améliorera les variables météorologiques utilisées comme intrants dans la construction de modèles énergétiques.
Pour les raisons mentionnées ci-dessus, nous avons installé un mât de 27 m avec des instruments à un intervalle régulier (4 m) le long de l'axe vertical pour obtenir un profil haute résolution des paramètres météorologiques. Le mât a été installé sur le campus EPFL, à Lausanne, en Suisse, à côté du bâtiment expérimental LESO.
L'emplacement géographique de la future tour de surveillance en fait un très bon candidat pour la mesure des variables météorologiques. Le campus de l'EPFL peut être considéré comme une configuration urbaine complexe et dense (typique d'un certain nombre de villes européennes) et la cour à côté du bâtiment LESO en tant que canyon couvert en partie par l'herbe et l'asphalte. Outre l'emplacement du campus lui-même, il est très intéressant en raison de l'inertie thermique du lac ainsi que de la proximité des montagnes.
Energy Demand Analysis for Building Envelope Optimization for Hot Climate: A Case Study at AN Najah National University. PLEA 2016 - 36th International Conference on Passive and Low Energy Architecture, Los Angeles, USA, 2016.Enregistrement détaillé