OBSERVIL

Contexte scientifique

Les villes sont des socio-écosystèmes complexes, en transformation permanente. L’intensité et la spécificité de l’impact anthropique des zones urbaines sur les ressources (eau, sol, air, végétation, vivant) et les cycles biogéochimiques ont conduit à l’introduction de la notion de Zone Critique Urbaine. La Zone Critique Urbaine est au cœur d’enjeux environnementaux et économiques locaux (gestion de l’occupation du sol, de l’eau, des pollutions et des nuisances) et plus globaux (climat, énergie ou érosion de la biodiversité). L’analyse des défis scientifiques et sociétaux à relever met en relief que les efforts doivent porter notamment sur la compréhension des mécanismes de l’évolution urbaine et de ses impacts dans l’écosystème urbain de façon intégrative pour optimiser les mesures d’atténuation et d’adaptation aux changements globaux.

Le Service National d’Observation Observil, créé en 2020 par le CNRS, est un réseau national d’observation des environnements urbains. Il implique 11 observatoires et 25 équipes de recherche répartis dans toute la France. Le SNO Observil est centré sur le fonctionnement physique, biologique et géochimique des environnements urbains, soumis à une forte pression anthropique dans un contexte de changement global. Il se concentre en particulier sur les interactions entre l’enveloppe construite (bâtiments, voiries, aménagements urbains en surface ou dans le sol) et les autres composantes de l’écosystème urbain. Les usages de l’espace urbain, les modes de gestion et l’intensité des activités anthropiques déterminent les forçages anthropiques qui s’ajoutent aux forçages naturels.

Cet enjeu de connaissance et de compréhension des environnements urbains rejoint les préoccupations des collectivités locales dont les choix d’aménagement sont en lien avec la qualité environnementale de l’espace urbain dont elles assurent la gestion.

Nantes vue du ciel

Résumé : VERSION PDF

Année de départ : 2020

Localisations : Dijon, Ile-de-France, la Rochelle, Lyon, Montpellier, Nancy, Nantes, Orléans, Rennes, Strasbourg, Toulouse

Mots clés :

Environnement urbain, hydrologie, biogéochimie, climat urbain, thermique du bâtiment, télédétection.

Base de données : https://ids.osuna.univ-nantes.fr/geonetwork/sno-observil/fre/catalog.search#/home

Site web :
www.sno-observil.fr

Responsable :

Fabrice Rodriguez et Jean Nabucet

Questions scientifiques

L’objectif principal du SNO Observil est l’étude des flux d’eau, d’air, d’énergie et de matière dans les environnements urbains, à travers les compartiments (air, eau, sol, enveloppe construite) constituant la zone critique urbaine et ce, en lien avec l’évolution des usages et des modes de gestion des espaces urbains. Cette étude passe par la caractérisation physique et biogéochimique de territoires urbains dans des contextes géographiques et climatiques variés présents dans le réseau des observatoires participants. Le croisement de données issues des différentes disciplines impliquées (hydrologie, biogéochimie, climatologie, thermique du bâtiment, télédétection) doit permettre d’adopter des approches intégrées des environnements urbains, en facilitant la compréhension des processus gouvernant le fonctionnement de cette zone critique urbaine.

Les questions scientifiques sont centrées autour de la question de l’évaluation des impacts des changements globaux en ville et concernent plus particulièrement : 

  • La connaissance des bilans (eau, énergie, matière) et des interactions entre compartiments (air, eau, sol, enveloppe construite) ;
  • L’identification des types de morphologies urbaines (formes, caractéristiques, usages) permettant de limiter les risques ;
  • La définition d’indicateurs pertinents à destination des aménageurs et opérationnels ;
  • La compréhension de l’impact des solutions d’adaptation (telle que la nature en ville).

Sites et variables mesurées

Le réseau comprend 11 observatoires, qui regroupent chacun un ou plusieurs sites instrumentés sur le long terme et sur un même territoire urbain. Ces sites présentent des morphologies urbaines et des contraintes pédoclimatiques contrastées.

Les 11 observatoires du réseau Observil sont :

  • Dijon (MUSTARDijon)
  • Île de France (OPUR)
  • La Rochelle 
  • Lyon (OTHU)
  • Montpellier (OMSEV)
  • Nancy (OTELo)
  • Nantes (ONEVU)
  • Orléans (OBSCURE)
  • Rennes 
  • Strasbourg 
  • Toulouse 

L’approche d’observation du réseau est multi-variables, multi-échelles (de l’ouvrage de gestion des eaux pluviales à l’agglomération) et intègre plusieurs compartiments (air, eau, sol, enveloppe construite). La caractérisation de ces compartiments de la zone critique urbaine est réalisée selon trois axes de recherche thématiques : l’hydrologie et la biogéochimie des eaux et des sols, la climatologie et la thermique du bâtiment et la télédétection. Dans chaque axe, les variables ont été choisies en fonction de leur intérêt pour une approche systémique des zones urbaines. Les données collectées sont issues soit de campagnes ponctuelles, régulières ou non, soit de suivis en continu.

Noue instrumentée (débit et teneur en eau dans le sol) sur l’écoquartier Bottière Chenaie (ONEVU)

Sortie de la station d’épuration de l’hôpital psychiatrique Georges Daumezon, piège à sédiments de type GEACOS, et portique comportant un capteur de hauteur d’eau (mesure ultra-sons) en arrière-plan (site OBSCURE : Bassin versant de l’Egoutier, Semoy)

Les différents sites du réseau OBSERVIL sont détaillés ci-dessous :

  • Dijon (MUSTARDijon)

L’observatoire MUSTARDijon (Measuring Urban System of Temperature of Air Round Dijon) couvre la métropole dijonnaise. Des mesures météorologiques horaires (température, humidité relative, rayonnement global, vitesse et direction du vent) sont effectuées dans près de 30 communes et 90 stations, les 50 plus anciennes depuis 2014. Les objectifs sont scientifiques et appliqués : cartographie dynamique de l’îlot de Chaleur Urbain, validation de sorties de modèles de climat ou contribution à des documents d’urbanisme favorisant les îlots de Fraîcheurs Urbains.

  • Île de France (OPUR)

L’Observatoire des Polluants Urbains (OPUR), est un programme de recherche pérenne depuis 1994 dans le domaine de l’hydrologie urbaine, qui s’appuie sur une importante infrastructure d’observation et sur un partenariat privilégié entre les chercheurs et les acteurs opérationnels de l’eau et de l’assainissement en Ile de France. Il vise une meilleure connaissance des flux d’eau et de contaminants en milieu urbain, depuis leur source jusqu’à leur rejet dans les milieux récepteurs en prenant en compte les ouvrages de gestion. Des données ponctuelles ou à haute fréquence ont été acquises sur différents territoires et les connaissances acquises servent au développement d’outils d’aide à la gestion des eaux et des polluants en milieu urbain.

  • La Rochelle 

Dans le cadre d’un projet soutenu par la région Nouvelle Aquitaine, l’observatoire de la Rochelle, labellisé SNO Observil, souhaite mettre en place le suivi instrumental d’un quartier en cours de réhabilitation avec un réseau de mesures microclimatiques et thermique du bâtiment, dans un objectif d’évaluation d’une approche pluridisciplinaire et intégrée de l’étude des consommations énergétiques en lien avec le microclimat urbain. Un ilot du quartier de Villeneuve les Salines doit servir de support à ce suivi expérimental et un suivi du microclimat et de la thermique du bâtiment va être mis en place.

  • Lyon (OTHU)

L’Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU) est un dispositif pluridisciplinaire d’observation et de recherche sur les rejets urbains et leurs impacts sur les milieux récepteurs pour proposer de nouvelles solutions de conception et de gestion de l’assainissement. Les travaux de recherche menés en appui sur les observations de l’OTHU ont pour objectifs, i) de comprendre les mécanismes à la base de la circulation des flux d’eau et de contaminants en milieu urbain, ii) de comprendre les effets des rejets urbains par temps de pluie sur le fonctionnement des nappes et des rivières périurbaines et iii) de promouvoir une gestion multi-échelle et multi-acteurs (notamment les organisations) des eaux urbaines.

Dans le cadre d’un projet nouveau d’observation, le CETHIL envisage la mise en place du suivi énergétique d’un quartier urbain, situé sur le campus universitaire de la Doua, afin d’étudier et d’évaluer les effets réciproques d’un bâtiment et de son environnement. Un réseau de mesures microclimatiques et thermique du bâtiment sera installé. Ce site n’est pas intégré à l’OTHU à ce jour.

  • Montpellier (OMSEV)

L’Observatoire Méditerranéen et au Sud de l’Eau dans la Ville (OMSEV) est animé par l’UMR HydroSciences Montpellier. Le site d’observation se situe principalement sur le bassin versant du Verdanson, affluent du fleuve Lez, qui traverse la ville de Montpellier. Ce bassin versant présente plusieurs caractéristiques typiques des bassins urbains : (i) des temps de réaction courts aux événements pluvieux, (ii) une urbanisation encore évolutive en tête de bassin, (iii) une densité élevée d’aménagements et d’ouvrages. Le réseau de mesures mis en place permet de caractériser la pluie avec une grande résolution spatiale (interdistance entre les points de mesure de l’ordre de l’hectomètre) et temporelle (relevé au pas 5 minutes). Par ailleurs, le cours du Verdanson est instrumenté en plusieurs points par Montpellier Méditerranée Métropole, qui gère un parc de capteurs de hauteur d’eau à des fins d’alerte.

  • Nancy (OTELo)

L’observatoire des sols urbains de l’Observatoire Terre et Environnement de Lorraine (OTELo) est un réseau de sites de prélèvement, situé sur le territoire de la métropole du Grand Nancy, et dédié à l’étude de la qualité des sols et la connaissance des sols urbains pour le développement durable des villes. Ces échantillons de sols sont acquis en 450 points dans des sites végétalisés du Grand Nancy. Les spécialités scientifiques couvertes par le LSE et les partenaires du GISFI, permettent une large expertise i) en science du sol avec l’étude de la pédogenèse des sols très anthropisés (en particulier, processus physicochimiques d’évolution des sols), ii) en géochimie avec l’analyse des contaminants, iii) en agronomie avec l’évaluation des effets de la fertilité et de la toxicité des sols sur les végétaux et la faisabilité de la phytoremédiation. Enfin 4 lysimètres ont été installés sur différentes zones végétalisées pour réaliser un bilan hydrologique complet à une échelle locale.

  • Nantes (ONEVU)

L’Observatoire Nantais des Environnements Urbains (ONEVU), créé en 2006, a développé une activité d’observation de recherche sur les flux d’eau, d’énergie et de polluants aux interfaces sol/surface/atmosphère dans les milieux urbanisés. Pour l’étude de ces flux, une approche d’observation physique et chimique a été mise en œuvre à travers le suivi hydrologique de plusieurs bassins versants urbains, et le suivi détaillé d’un quartier urbain de 30 ha, qui regroupe des mesures hydrologiques en surface et dans le sol, des mesures des flux de chaleur ainsi qu’un site d’observation de la thermique du bâtiment. Un réseau urbain de mesure de la température et l’humidité de l’air est en cours de déploiement sur l’agglomération. Ces territoires d’observation permettent d’aborder les thèmes de l’hydrologie et la climatologie urbaine, la géochimie des eaux et des sols urbains, la thermique du bâtiment et la télédétection urbaine.

  • Orléans (OBSCURE)

Situé sur la commune de Semoy (45), l’OBservatoire des Sédiments et de la Cascade sédimentaire en milieu URbain : cas de l’Egoutier à Semoy (Loiret) – OBSCURE, est un site atelier de la Zone Atelier Loire. Intégrant 7,9 km², il est localisé à l’est de la métropole d’Orléans. Ce bassin versant instrumenté, aujourd’hui caractérisé par un gradient d’anthropisation amont/aval (terrains forestiers en amont et quartiers résidentiels et industriels en aval), draine le ru Egoutier, alimenté par les eaux pluviales mais également par deux rejets de STEP. Vingt-deux stations font l’objet de suivis hydrosédimentaires et géochimiques. Trois d’entre elles, installées à des points clés du bassin versant, sont équipées de capteurs autonomes. Au cœur d’OBSCURE, l’étang de la Beulie permet l’accumulation de matériel sédimentaire sur 250 ans.

  • Rennes 

Le dispositif d’observation du site de Rennes, labellisé à la fois SNO Observil et Zone Atelier Armorique, couvre le territoire métropolitain rennais. Les questions scientifiques portées concernent trois problématiques principales : l’observation de la terre par imagerie multi-capteurs et multimodales (drone, avion, satellite), le climat urbain de l’échelle du quartier à l’aire urbaine (https://run.letg.cnrs.fr/), et l’hydrologie urbaine de l’ouvrage de gestion intégrée des eaux pluviales à l’exutoire du bassin urbain en passant par les circulations de l’eau dans le sol et les transferts dans la nappe.

  • Strasbourg 

Le dispositif d’observation de Strasbourg, labellisé SNO Observil et Zone atelier environnementale urbaine (ZAEU), s’intéresse au fonctionnement d’un socio-écosystème urbain centré sur l’agglomération ainsi qu’aux relations que l’aire urbanisée entretient avec les socio-écosystèmes qui lui sont connectés dans des relations tant fonctionnelles que socio-économiques. Les actions de recherche sont menées en étroite collaboration avec différents services de l’Eurométropole de Strasbourg à travers notamment plusieurs sites instrumentés permettant d’acquérir et d’enrichir les connaissances sur la qualité de ces écosystèmes (biotiques et abiotiques). Les observations, modèles et analyses sont centrées sur l’énergie, la pollution de l’air et le climat ; sur le cycle de l’eau en milieu urbain et de proximité ; sur la relation entre le degré d’urbanisation et les impacts sur les systèmes écologiques ; sur l’agriculture urbaine et les liens avec la biodiversité.

  • Toulouse 

Le réseau urbain de stations météorologiques CLIMATOLOSA de Toulouse Métropole a été mis en place depuis 2016 en collaboration avec le Centre National de Recherches Météorologiques – CNRM (CNRS & Météo-France) et est constitué de 78 stations météorologiques. La problématique scientifique est de mieux documenter la variabilité spatio-temporelle de l’îlot de chaleur urbain, dans divers types de quartiers au sein de l’ensemble de l’agglomération. Mais il est aussi pensé afin d’apporter une meilleure connaissance du micro-climat urbain sur le territoire, et d’identifier les zones de forte chaleur ou les îlots de fraîcheur, de façon à ce que la métropole puisse piloter les actions d’urbanisme afin de s’adapter au réchauffement climatique.

Partenaires et informations complémentaires

Le Service National d’Observation Observil, labellisé par le CNRS INSU (Institut National des Sciences de l’Univers) en 2020, est coordonné par l’OSUNA, en lien avec la Fédération de Recherche IRSTV (FR 2488).  Il s’appuie sur 7 Observatoires des Sciences de l’Univers (OREME, OSU EFLUVE, OSU THETA, OSUC, OSUNA, OSUR, OTELO), 6 Zones Ateliers (Armorique, Bassin de la Moselle, Bassin du Rhône, Environnementale Urbaine, Loire, Seine) et 2 Fédérations de recherche (IRSTV et OTHU). Il collabore également avec de nombreux partenaires institutionnels : villes, métropoles, départements, régions, syndicats, agences de l’eau, etc.

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