Le levier caché : comment l'urbanisme façonne l'utilisation de l'énergie et la durabilité

Depuis des décennies, les efforts visant à réduire la consommation d'énergie des bâtiments se concentrent sur l'amélioration des composants individuels : meilleure isolation, systèmes de CVC à haute efficacité, éclairage à DEL et thermostats intelligents. Ces mesures sont importantes, mais elles ne concernent que la moitié de l'équation. Un bâtiment n'existe pas isolément. Il se trouve dans un réseau de rues, entouré d'autres structures, avec une orientation spécifique, l'accès au transit et une relation avec le paysage environnant. Ces facteurs contextuels, déterminés en grande partie par les décisions d'urbanisme, peuvent soit amplifier ou compromettre la performance énergétique des bâtiments les plus conçus.

Comprendre l'urbanisme et son rôle dans les résultats énergétiques

L'urbanisme est la pratique professionnelle qui guide le développement des villes, des villes et des collectivités. Il s'agit de concevoir des modes d'utilisation des terres, des réseaux de transport, des systèmes d'infrastructure et des espaces publics pour créer des environnements fonctionnels, équitables et durables.Bien que l'efficacité énergétique ne soit pas toujours l'objectif le plus visible de la planification, chaque décision d'aménagement entraîne des conséquences sur l'énergie.

Historiquement, la planification de l'après-guerre mondiale a mis l'accent sur la séparation des utilisations, l'étalement de faible densité et la dépendance à l'égard des automobiles.Ce modèle, tout en offrant vie privée et espace, a créé de longues navettes, de grandes empreintes d'infrastructure et des bâtiments qui étaient souvent mal situés par rapport aux conditions climatiques.La crise énergétique des années 1970 a commencé à changer de mentalité. Aujourd'hui, un ensemble croissant de recherches et de pratiques démontrent que le développement compact, mixte, axé sur le transport peut réduire la consommation d'énergie par habitant de 20 à 40 p. 100 par rapport à l'étalement conventionnel.

Facteurs clés de la forme urbaine qui façonnent la demande énergétique du bâtiment

La densité et la typologie du bâtiment

Dans le développement de banlieues à faible densité, les maisons individuelles monofamiliales sont exposées de tous les côtés à l'environnement extérieur, ce qui entraîne une augmentation des charges de chauffage et de refroidissement par pied carré. En revanche, les types de logements attachés tels que les maisons de ville, les duplex et les immeubles d'appartements partagent des murs communs, ce qui réduit les pertes de chaleur en hiver et les gains de chaleur en été. Les recherches montrent régulièrement que les immeubles multifamiliaux consomment beaucoup moins d'énergie par unité que les maisons individuelles, même si les différences de taille sont prises en compte.

Orientation de la rue et géométrie du canyon

Dans les climats froids, les rues qui courent est-ouest permettent plus de rayonnement solaire pour atteindre les façades de bâtiment en hiver, réduisant la demande de chauffage. Dans les climats chauds, les rues plus étroites et les bâtiments plus grands peuvent fournir de l'ombrage qui réduit les charges de refroidissement. Le rapport d'aspect du canyon (hauteur du bâtiment divisé par largeur de rue) détermine la quantité de lumière solaire atteint le niveau de la rue et la rapidité avec laquelle la chaleur est piégée ou libérée.

Mélange d'utilisation des terres et proximité

Le développement à usage mixte, où les usages résidentiels, commerciaux et récréatifs sont situés à distance de marche, réduit les déplacements des véhicules et la consommation d'énergie qui y est associée. Mais les avantages énergétiques vont au-delà des transports. Lorsque les gens vivent près du travail, des magasins et des services, ils sont plus susceptibles de passer du temps dans leurs quartiers, de soutenir les entreprises locales et de réduire le besoin de grands centres de vente à forte intensité énergétique. Les quartiers à usage mixte ont également tendance à avoir une activité piétonne plus élevée, ce qui encourage le commerce au sol et les façades de rue actives qui améliorent la surveillance et la sécurité naturelles.

Infrastructure verte et surface Albedo

Les matériaux et la végétation qui recouvrent le sol dans une ville ont un effet mesurable sur l'utilisation de l'énergie dans le bâtiment. Les surfaces sombres comme les parkings asphaltés et les toits sombres absorbent le rayonnement solaire et le re-radigent comme chaleur, augmentant les températures ambiantes dans un phénomène connu comme l'effet de l'île de chaleur urbaine. Cette augmentation de la température peut augmenter la demande d'énergie de refroidissement de 10 à 20 pour cent en été.

L'effet de l'île de chaleur urbaine et ses conséquences sur l'énergie

L'effet de l'île de chaleur urbaine (UHI) est un phénomène bien documenté dans lequel les zones urbaines sont beaucoup plus chaudes que leur environnement rural. Les principales causes sont le remplacement des surfaces végétales par des matériaux sombres et imperméables, la chaleur des déchets provenant des bâtiments, des véhicules et des procédés industriels, et la géométrie des canyons urbains qui piègent la chaleur. L'effet de l'UHI peut élever la température de la ville de 1 à 7 degrés Celsius, les plus grandes différences se produisant sur les nuits claires et calmes.

L'aménagement urbain peut atténuer l'effet de l'UHI en combinant des stratégies. L'augmentation de l'albédo (réflexivité) des toits et des chaussées réduit la quantité d'énergie solaire absorbée par le tissu urbain. Les toits frais, peints en blanc ou recouverts de matériaux réfléchissants, peuvent réduire la température de la surface du toit jusqu'à 30 degrés Celsius, réduisant de 10 à 15 pour cent l'utilisation d'énergie de refroidissement dans les étages supérieurs des bâtiments.

Intégration des transports et de l'utilisation des terres et énergie de construction

Dans les banlieues auto-orientées, les kilomètres de véhicules moyens parcourus (VMT) par ménage peuvent être deux à trois fois plus élevés que dans les quartiers compacts desservis par le transport en commun. La réduction de la VMT par la planification intelligente de la croissance non seulement permet d'économiser du carburant, mais réduit également l'énergie intégrée dans l'infrastructure de transport, comme les routes, les parkings et les ponts. De plus, lorsque les gens conduisent moins, ils sont plus susceptibles de marcher ou de faire du vélo, ce qui favorise des modes de vie plus sains et réduit la demande de stationnement.

Le développement axé sur le transport (DOT) est une stratégie clé pour intégrer le transport et l'utilisation des terres. Le développement axé sur le transport (DOT) se concentre sur le développement dense et mixte dans un rayon de demi-mille des stations de transit, créant des quartiers accessibles à pied qui réduisent la dépendance automobile. Les bâtiments dans les zones de DOT ont tendance à être plus économes en énergie parce qu'ils sont souvent plus récents, construits selon des normes plus élevées et bénéficient de la densité qui permet les systèmes énergétiques de district.

Outils et stratégies de politique générale pour une planification urbaine économe en énergie

Codes de zonage et codes fondés sur la forme

Les codes basés sur la forme offrent une alternative en se concentrant sur la forme physique des bâtiments et des espaces publics plutôt que sur l'utilisation. Ils réglementent l'emplacement des bâtiments, la hauteur, le volumétrie et la conception de façades pour créer des quartiers marchables et économes en énergie. Par exemple, un code basé sur la forme peut exiger que les bâtiments soient orientés vers la rue avec des fenêtres et des portes pour la lumière naturelle et la ventilation, limiter les reculs pour réduire la perte de chaleur et le gain, et spécifier les matériaux qui soutiennent la conception solaire passive.

Codes de construction écologiques et normes de rendement

Les codes de l'énergie du bâtiment établissent des normes minimales pour l'isolation, les fenêtres, les systèmes de CVC et l'éclairage. Bien que ces codes s'appliquent au niveau individuel des bâtiments, l'urbanisme peut accroître leur impact par des politiques à l'échelle de la zone. Par exemple, une ville peut adopter un code d'élongation qui exige que les nouvelles constructions dépassent le code énergétique de l'État d'un certain pourcentage.

Bonus de densité et programmes d'incitation

Les promoteurs peuvent construire des unités de densité plus importantes que les permis de zonage de base en échange d'avantages publics, comme des logements abordables, des espaces publics ouverts ou des caractéristiques de construction écologiques. Les planificateurs peuvent structurer des primes de densité pour encourager l'efficacité énergétique, les énergies renouvelables ou la conception durable. Par exemple, un promoteur peut recevoir une surface de plancher supplémentaire pour atteindre un certain niveau de performance énergétique ou pour installer des panneaux solaires sur le toit.

Énergie de district et systèmes communautaires

Les systèmes énergétiques de district peuvent utiliser la chaleur et l'énergie combinée (CHP), la géothermie, la chaleur solaire ou la chaleur résiduelle provenant de processus industriels. L'urbanisme est essentiel pour l'énergie de district parce que le système nécessite une densité suffisante de clients et une disposition coordonnée des tuyaux et des infrastructures. Les planificateurs peuvent désigner les zones énergétiques de district dans des plans détaillés, exiger de nouveaux développements pour être prêts au niveau du district et utiliser des partenariats public-privé pour financer et exploiter les systèmes.

Exemples et preuves du monde réel

Curitiba, Brésil

Dans les années 70, la ville a mis en place un système de transport rapide par autobus (BRT) le long de couloirs dédiés, avec un développement à haute densité concentrée le long de ces couloirs. Le code de planification a permis des bâtiments plus hauts et des densités plus élevées seulement sur les blocs adjacents aux lignes de BRT, créant une ville linéaire où la plupart des résidents vivent à distance de marche du transport en haute fréquence. Le résultat est que Curitiba utilise 30 pour cent moins de carburant par habitant que des villes brésiliennes comparables, et ses bâtiments bénéficient de la densité et des utilisations mixtes qui réduisent la demande d'énergie.

Fribourg, Allemagne

Construit sur une ancienne base militaire, Vauban est un quartier réduit en voiture où la plupart des rues sont piétonnes et cyclables, et le stationnement est limité à la périphérie. Les bâtiments sont construits selon des normes énergétiques élevées, y compris la conception solaire passive, une haute isolation et des panneaux solaires. Le quartier est desservi par une centrale combinée de chaleur et d'électricité alimentée par des copeaux de bois, et de nombreux bâtiments sont « plus d'énergie », ce qui signifie qu'ils produisent plus d'énergie qu'ils ne consomment. Le processus de planification a impliqué une participation importante des citoyens et une forte importance pour les objectifs sociaux et environnementaux. Vauban démontre que la planification intégrée, combinant l'utilisation des terres, les transports et l'énergie de construction, peut créer un quartier avec un impact énergétique proche de zéro.

Portland, Oregon

Portland a été un chef de file en matière d'urbanisme durable aux États-Unis. La loi de 1973 de la ville exigeant des limites de croissance urbaine (UGB) a limité l'étalement et encouragé la densité au sein de la ville. Portland a mis en place un plan d'action pour réduire l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments, et a mis en œuvre des politiques telles que le Portland Clean Energy Fund, qui accorde des subventions pour l'efficacité énergétique et l'énergie renouvelable dans les collectivités à faible revenu. Le Pearl District, une ancienne zone industrielle réaménagée en un quartier à usages mixtes, dispose de toits verts, d'énergie de district et de nombreux bâtiments avec la certification LEED ou Passive House.

Obstacles à la mise en œuvre

Malgré les avantages évidents, l'intégration des considérations énergétiques dans l'urbanisme est confrontée à plusieurs obstacles : gouvernance fragmentée, où les organismes de planification, de transport et d'énergie fonctionnent en cloisonnement; décisions d'utilisation des terres souvent prises au niveau local, tandis que la politique énergétique est établie au niveau de l'État ou national, créant un décalage entre les pouvoirs et les résultats; codes de zonage et règlements de subdivision sont souvent dépassés et résistants au changement; les associations de propriétaires peuvent s'opposer à la densité ou au développement mixte; les obstacles économiques comprennent les coûts initiaux de construction et d'infrastructure écologiques, même lorsque les économies de cycle de vie sont importantes; les promoteurs ne sont pas disposés à supporter ces coûts sans signaux de marché ni exigences de politique; les lacunes dans les connaissances persistent également; de nombreux planificateurs, architectes et promoteurs ne reçoivent pas de formation sur la performance énergétique des bâtiments et les microclimats urbains; les outils de modélisation des impacts énergétiques à l'échelle du quartier évoluent; enfin, les préoccupations en matière d'équité peuvent surgir lorsque la planification durable entraîne une gentrification et un déplacement, car les valeurs de propriété croissantes poussent les résidents à faible revenu.

La voie à suivre : une planification intégrée pour un avenir à faible teneur en carbone

Les données sont claires : l'urbanisme est un facteur déterminant de la consommation et de la durabilité de l'énergie des bâtiments. Un développement compact, mixte, axé sur le transport, combiné à des infrastructures vertes et à des normes de construction performantes, peut réduire la consommation d'énergie de 30 à 50 % par rapport aux modèles classiques.

Deuxièmement, les villes devraient investir dans les systèmes énergétiques de district et les systèmes d'énergie renouvelable à l'échelle communautaire, en utilisant leur pouvoir d'achat et leur autorité réglementaire pour catalyser les investissements privés. Quatrièmement, les planificateurs devraient utiliser des données et des outils tels que la modélisation de l'énergie, la cartographie des îles thermiques et l'évaluation du cycle de vie pour éclairer les décisions et évaluer les résultats. Cinquièmement, l'équité doit être au centre : la planification énergétique devrait donner la priorité aux avantages pour les communautés à faible revenu et les communautés de couleur, qui ont souvent le plus de charges énergétiques et vivent dans les logements les moins économes en énergie.

L'urbanisme ne se limite pas à l'utilisation des terres, mais il s'agit de définir les systèmes qui définissent la façon dont nous vivons, nous déplaçons et nous consommons des ressources.En traitant l'utilisation de l'énergie dans les bâtiments comme une préoccupation essentielle de la planification plutôt qu'une réflexion après-vente, les villes peuvent créer des environnements confortables, abordables et durables.

Pour en savoir plus sur les stratégies d'atténuation des changements climatiques en milieu urbain, visitez le Programme de réduction de l'île de chaleur de l'EPA[.Pour obtenir des conseils sur les codes et les normes écologiques de construction, le Programme de codes énergétiques pour le bâtiment du département de l'Énergie des États-Unis fournit des ressources et un soutien technique.Pour des études de cas sur le développement axé sur le transit et la croissance intelligente, l'Association américaine de planification offre des recherches et des pratiques exemplaires.